2. Вивчення режимів руху рідини

Режими руху рідини.

Наявність внутрішнього тертя між шарами визначає характер і режим руху потоку рідини. Вперше характер і режим руху рідини детально були вивчені англійським фізиком Отто Рейнольдсом в 1883р. на лабораторній установці (рис.1)

До посудини 2, в якій підтримується постійний рівень рідини, підєднана горизонтальна скляна труба 3. В цю трубу по її осі через капілярну трубку 1 вводять тонку струю підкрашеної рідини (індикатор).

При невеликих швидкостях потоку підкрашена струя в трубі 3 рухається, не змішуючись з основною масою рідини, у вигляді чітко вираженої тонкої нитки, яка, не розливаючись, досягає кінця труби (рис.1, б). При цьому весь потік рідини рухається в трубі паралельними незмішуючими течіями або шарами. Такий рух називається ламінарним.

Якщо швидкість рідини в трубі 3 збільшити понад певну межу, закрашена струя спочатку отримає хвилеподібний рух, а потім почне розмиватися, змішуючись з основною масою рідини. Рух стає невпорядкованим, так як окремі частини рідини рухаються вже не паралельно один до одного і осі труби, а перемішуються в поперечному напрямі (рис.1,в). Такий невпорядкований рух, при якому окремі частини рідини рухаються по запутанних хаотичних траєкторіях, в той час як вся маса рідини в цілому переміщується в одному напрямі, називається

турбулентним.

Рис.1. Схема установки для визначення режиму руху рідини (а) та режими її руху-

ламінарний (б), турбулентний (в).

Рейнольдс встановив, що характер руху рідини залежить не тільки від швидкості потоку ω, але і від діаметра трубопроводу 𝑑, густини ρ та в’язкості рідини μ. Вказанні величини він об’єднав в безрозмірний комплекс, значення якого дозволяє судити про режим руху рідини. Цей комплекс носить назву критерія або числа Рейнольдса та позначається :

=ω 𝑑 ρ/μ або = ω 𝑑 / ,

де ω - середня швидкість потоку, визначається із рівняння (3).

Перехід від ламінарного руху до турбулентного проходить при одному і томуж значенні критерія Рейнольдса, яке називається критичним

При русі рідини по прямим гладеньким трубам 2300. При 2300 має місце стійкий ламінарний режим; при 2300 рух рідини турбулентний, однак стійкий турбулентний характер він придбає при 10000.

В межах 2300 10000 турбулентний рух нестійкий (перехідна область).

При русі рідини в трубах або каналах некруглого перерізу у виразах критерія Рейнольдса замість діаметра 𝑑 підставляють величину еквівалентного діаметру , тобто = ω

Необхідно відмітити, що ламінарний рух в техніц зустрічається порівнянно рідко: при русі особливо в’язких рідин, протікання рідини в капілярних трубках або фільтрація через мілкозернисті осадки.

2. Виконання розрахунків.

Завдання №1.

Завдання№ 1.

Очищена вода із ємності для мийки тріски відводиться по відкритому лотку шириною b=50см і глибиною h=30см (рис.2). Вода заповнює лоток наполовину по висоті. Швидкість руху води 0,4м/с, температура 20ºС. Визначити режим руху і о’бємні витрати води.