1.2. Два режима движения жидкости

Наблюдаются два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Английскому физику Рейнольдсу в 1883 г. впервые удалось наглядно продемонстрировать их существование и установить критерии перехода из одного режима движения в другой. Между скоростью движения υ, диаметром трубыdи кинематическим коэффициентом вязкостиРейнольдсу удалось установить связь:

. (3)

Эту безразмерную величину называют числом Рейнольдса. Переход от ламинарного режима к турбулентному происходит при критическом значении Re_кр = 2320.

Ламинарный режим– режим, при котором перемешивания частиц жидкости не происходит, жидкость движется как бы слоями. Этот режим устанавливается при движении жидкости с очень малыми скоростями (движение грунтовых вод). Ламинарный режим наблюдается при числахRe<2320.

Турбулентный режим– режим, при котором происходит интенсивное перемешивание частиц. Этот режим устанавливается при движении жидкости с большими скоростями. В подавляющем большинстве случаев в природе и технике приходится иметь дело с турбулентными потоками. Турбулентный режим наблюдается при числахRe>2320.

Пример. Определить режим движения, если известно, что через трубопровод диаметромd=200 мм проходит расходQ = 36 л/с. Температура водыT=15º.

Решение. Для того, чтобы установить режим движения, определим число Рейнольдса и сравним его с критическим. Скорость определится из (2)

м/с,

где площадь живого сечения м².

Кинематический коэффициент вязкости определяется по гидравлическому справочнику [6] в зависимости от температуры: для воды при T=15º=0,0114 см²/с.

.

Число Re = 200 000 >Re_кр= 2320, значит режим движения – турбулентный.

1.3. Основные виды движения жидкости

Различают установившееся и неустановившееся движение жидкости; равномерное и неравномерное. Течение может быть напорное, безнапорное и свободная струя.

Установившееся – это такое движение, при котором его характеристики в любой точке потока остаются неизменными во времени, средняя скоростьυ, давление в любом сечениир, форма струи не меняются во времени. В качестве примера можно привести истечение жидкости при постоянном уровне в резервуаре.

Неустановившееся– это такое движение, если приведенное условие не выполняется. Пример – опорожнение резервуара, т.е. истечение при переменном уровне.

Равномерное– это такое движение, при котором скорости течения в сходственных точках двух смежных сечений потока равны между собой. Это условие выполняется, когда форма русла и все гидравлические элементы (глубина потока, площадь поперечного сечения и средняя скорость) неизменны вдоль русла.

Неравномерное – это движение, при котором по длине потока изменяются его поперечное сечение и, следовательно, средняя скорость. Неравномерным может быть и установившееся, и неустановившееся движение.

Напорнымназывают такое движение, при котором поток со всех боковых сторон ограничен твердыми стенками (движение воды по водопроводу). На рис. 7:П– пьезометры; линияР-Р– пьезометрическая линия;Т– трубопровод.

Рис. 7. Напорное движение

Рис. 8. Безнапорное движение

Безнапорное – это движение, характеризуемое наличием свободной поверхности (движение воды в реке, лотке, канале, канализационной трубе); на рис. 8 показано сечение открытого канала с шириной по верхуВ, глубиной воды в немh, заложением откосовт.

Свободная струя– поток вовсе не ограничен твердыми стенками. Пример – струя пожарного брандспойта.