3. Гипотеза сплошности среды

Жидкая среда заполняет тот или иной объем без каких-либо промежутков, сплошным образом. Жидкая среда, благодаря изменению расстояния между частицами, меняет внешнюю конфигурацию, т.е. деформируется. Для твердого тела подвижность частиц мала, а для жидких сред – велика. Поэтому, мерой подвижности частиц для жидких сред служат уже не сами смещения, а скорость смещения частиц, т.е. скорости деформаций. Следовательно, для сплошной жидкой среды мерами подвижности частиц служат их скорости и их скорости деформации. Замкнутая поверхность, состоящая из одних и тех же частиц, будет непрерывно деформироваться. Если нет разрыва сплошной среды, то реализуется непрерывность распределения в объеме скоростей и плотностей частиц.

Под частицей сплошной среды подразумевает не любую как угодно малую часть ее объема, а весьма небольшую его часть, содержащую все же внутри себя миллиарды молекул. В общем случае минимальная цена деления макроскопического масштаба пространственной  или временной t координаты должна быть достаточно малой, чтобы пренебречь изменением макроскопических физических величин в пределах  или t, и достаточно большой, чтобы пренебречь флуктуациями макроскопических величин, полученных осреднением микроскопических величин по времени t или элементу пространства ³. Выбор минимальной цены деления макроскопического масштаба определяется характером решаемой задачи. Для промышленного аппарата можно с достаточной степенью точности принимать в качестве минимальной цены деления пространственных координат 1мм и временных координат 1с.

Движение макроскопических объемов среды приводит к переносу массы, импульса и энергии.

4. Режимы движения жидких сред

При течение жидкой среды (жидкости) реализуется 2 режима:

-ламинарный,

-турбулентный.

При ламинарным режиме жидкость течет малой скоростью, отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам канала. При этом траектории отдельных частиц не пересекаются, все частицы имеют лишь продольную составляющую скорости.

С увеличением скорости движения потока жидкости картина качественно меняется. Траектории частиц представляют сложные, хаотичные кривые, пересекающие между собой. Во всех точках потока скорость и давление нерегулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений, возникают поперечные составляющие скорости. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Режим может меняться с изменением диаметра канала и вязкости жидкости. В турбулентном потоке можно говорить не об актуальных, но только об осредненных за достаточно протяженный отрезок времени величинах скорости и давления.

Между ламинарными и турбулентными режимами движения жидкости находится область развития турбулентности. В этой область турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

При турбулентном режиме малые возмущения, возникающие в реальных условиях, не затухают, происходит развитие нерегулярного хаотичного движения отдельных объемов среды (вихрей). Вихри не являются устойчивыми, четко ограниченными в пространстве образованиями. Они зарождаются, распадаются на более мелкие вихри, затухают с переходом механической энергии в тепловую.

При выполнении расчетов гидравлических сопротивлений, тепловых и массообменных процессов, происходящих в аппаратах и машинах, необходимо знать режимы течения жидкостей, поскольку для ламинарного режима характерны одни закономерности, а для турбулентного – другие.

Количественно режим течения определяется по критерию Рейнольдса:

, (1.1)

где w – средняя скорость потока; - плотность жидкости; - характерный линейный размер потока; - соответственно коэффициенты динамической и кинематической молекулярной вязкости. Для круглой трубы = d. Установлено, что для круглой трубы 0 < Re < 2320 – ламинарный режим, 2320 < Re < 10⁴ – происходит развитие турбулентности, Re > 10⁴ – развитый турбулентный режим.

Для круглой трубы Re_кр = 2320. Для каждого типа движения существует свое критическое число.