6.3 Режимы движения жидкости.
В природе существует два вида, или режима, движения жидкости: упорядоченное, при котором частицы жидкости движутся прямолинейно по параллельным траекториям, и неупорядоченное, при котором движение частиц хаотично, траектории их произвольны и пересекают друг друга. Эти режимы движения хорошо визуализируются подкрашивающими веществами, вводимыми в поток жидкости. Если в поток жидкости ввести такое подкрашивающее вещество, которое имело бы плотность, равную плотности потока, и скорость ввода которого в поток была бы равна скорости потока, то при упорядоченном движении подкрашивающее вещество будет распространяться в потоке в виде тонких струек, параллельных друг другу (рис. 6.3, а). Поскольку подкрашивающее вещество имеет те же характеристики (плотность и скорость ввода), что и основной поток, его поведение отражает поведение собственно потока. Из рис. 6.3,а видно, что при упорядоченном движении поток состоит как бы из отдельных слоев, поэтому такое движение и получило название ламинарного, а режим движения называется ламинарным.
При аналогичном опыте с подкрашивающим веществом в случае неупорядоченного движения струйки подкрашивающего вещества быстро размываются, перемешиваются друг с другом и в конечном итоге могут
Рис. 6.3. Примеры ламинарного (а) и турбулентного (б) движения
заполнить все поперечное сечение потока (рис. 6.3, б). Такое движение получило название турбулентного, а режим движения называется турбулентным.**)
Существование ламинарного или турбулентного режима движения определяется скоростью движения потока жидкости, ее вязкостью и некоторым характерным линейным размером потока. Безразмерная комбинация этих величин, определяющая режим движения жидкости, называется числом Рейнольдса
, (6.3)
где
- скорость движения потока жидкости;
-
характерный линейный размер потока.
Для ограниченных потоков
-
поперечный размер потока (например,
диаметр);
- кинематический коэффициент вязкости
жидкости.
Многочисленными
опытами установлено, что переход
ламинарного режима движения в турбулентный
происходит мгновенно; этому переходу
соответствует так называемое критическое
значение числа Рейнольдса -
.
Переход ламинарного режима движения в
турбулентный происходит в зависимости
от условий (наличие начальной турбулентности
до входа жидкости в трубопровод, плавный
или острый вход в трубопровод, степень
шероховатости стенок трубопровода,
наличие посторонних возмущений в виде
вибрации стен трубопровода, ударов и
т.п.) в некотором диапазоне чисел
Рейнольдса.Для относительно гладких
труб такой переход начинается при
;
для горных выработок считается, что
.
Верхнее значение числа
при соблюдении некоторых специальных
условий (отсутствие начальной (до входа
потока в трубопровод) турбулентности
в потоке, плавный вход потока в трубопровод,
ускоренное движение потока вдоль
трубопровода, отсутствие внешних
возмущений) может достигать
.
6.4. Движение вдоль стенки. Пограничный слой
Самостоятельно