Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 3.Ламинарное и турбулентное течение жидкости или газа, переходы между этими типами

3.Ламинарное и турбулентное течение жидкости или газа, переходы между этими типами движения. Число Рейнольдса, его практическое значение. Ламинарное течение жидкости по трубке при наличии внутреннего трения. Формула Пуазейля, ее значение. Понятие гидродинамического сопротивления.

Различают два принципиально разных вида движения жидкости. В одних случаях жидкость течёт как бы отдельными слоями. Такой тип движения называют ламинарным. Линии тока, то есть траектории движения отдельных частиц жидкости, при ламинарном течении оказываются параллельными.

Другой вид течения жидкости или газа - турбулентное течение, при котором в жидкости возникает большое количество вихрей. Вихри имеют самые разные размеры и направления вращения. В местах соприкосновения вихрей возникают большие градиенты скоростей, в результате чего появляются большие дополнительные силы трения. Поэтому сопротивление движению жидкости или газа при переходе от ламинарного течения к турбулентному значительно возрастает (нередко во много раз). В результате резко увеличивается диссипация энергии, то есть механическая энергия жидкости переходит в тепловую. Поэтому для поддержания движения надо затрачивать гораздо больше энергии, чем при ламинарном течении..

Другая особенность турбулентного течения - это интенсивное перемешивание жидкости вследствие образования вихрей (при ламинарном движении перемешивания практически нет). Поэтому в реакторах химических заводов, где должна происходить химическая реакция между двумя жидкостями или газами, стараются обеспечить максимальное развитие турбулентности в реагентах, иначе реакция пойдёт слишком медленно.

Переходы между двумя видами движения жидкости могут быть вызваны весьма разными причинами. Рейнольдс сумел указать общий критерий для таких переходов. Введенный им критерий в дальнейшем назвали числом Рейнольдса и стали обозначать Re:

где р - плотность жидкости или газа, v - линейная скорость, п -вязкость, d - так называемый характерный размер. Если Re < Rекрит, движение будет ламинарным, если же Re > ReKpim то движение будет турбулентным.

Пуазейль рассчитал объемную скорость течения жидкости по трубке с известным радиусом, длиной, вязкостью, и разностью давлений на концах трубки.

Эта формула имеет большое значение для гемодинамики. Исходя из формулы, можно сделать вывод, что максимальным гемодинамическим сопротивлением обладают мелкие артерии и, особенно, артериолы.