10.9. Течение с облитерацией.

Иногда при течении через капилляры и малые зазоры наблюдается явление, которое может, не быть объяснено законами гидравлики. Оно заключается в том, что расход жидкости через капилляр или зазор с течением времени уменьшается, несмотря на то, что перепад давления, под которым происходит движение жидкости, и ее физические свойства остаются неизменными. В отдельных случаях движение жидкости по истечении некоторого времени может прекратиться полностью. Это явление носит название облитерации, и его причина заключается в том, что при определенных условиях уменьшается площадь поперечного сечения канала (зазора, капилляра), вследствие, адсорбции (отложения) полярноактивных молекул жидкости на его стенках.

Толщина адсорбционного слоя для масел составляет несколько микрометров, поэтому при течении через капилляры и малые зазоры этот слой может существенно уменьшить площадь поперечного сечения или даже полностью перекрыть его.

10-я лекция.

11. Турбулентное течение

11.0. Число Рейнольдса. Характеристика режимов течения вязкой жидкости

11.1 Основные сведения. Эпюры скоростей. Относительная шероховатость

11.2. Коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода при турбулентном потоке.

11.3 Гидравлически гладкая труба.

11.4. Относительная шероховатость. Турбулентное течение в шероховатых трубах

11.5 Опыты Никурадзе

11.6. Реальные шероховатые трубы. Опыты Мурина и теплотехнического института.

11.7. Турбулентное течение в некруглых трубах

11.1. Число Рейнольдса. Характеристика режимов течения вязкой жидкости.

Исследования, проведенные Осборном Рейнольсом в лабораторных условиях, позволили установить критерий, характеризующий режим движения вязкой жидкости в трубах и руслах.

Под руслами понимаются трубопроводы и каналы в гидрораспределителях, гидромашинах и других гидравлических устройствах, и каналы с открытой свободной поверхностью жидкости.

Другими исследователями были установлены зависимости, связанные с сопротивлением трения потоку рабочей жидкости.

Использование подобия позволило определить расчетные коэффициенты сопротивлению трения в реальных условиях.

Проблема механического подобия ставится следующим образом.

"Возможно ли прежде, чем создать какое-либо устройство, установить закономерности его действия, произведя опыты на геометрически подобной ему модели меньших размеров?".

При изучении режимов движения жидкости использовалось подобие между явлениями на моделях русел и трубопроводов, проводившимися в лабораторных условиях и явлениями, имевшими место в натуре, то есть в реальных руслах и трубопроводах.

Для адекватности выводов, сделанных на модели в лабораторных условиях, было установлено, что должны соблюдаться следующие условия подобия.

Имеются две подобные системы одинаковой физической природы. Одна система, предназначенная для исследований в лабораторных условиях, будет иметь индекс – м, означающий "модель".

Вторая система, для которой выполняются исследования, реальная конструкция или машина будет иметь индекс – н, означающий "натура".

Однородные части обеих систем должны удовлетворять условиям подобия так, чтобы коэффициенты подобия имели одно и тоже значение при изучении комплекса или отдельных частей машины. Для этого должны соблюдаться следующие условия.

а) Основные коэффициенты подобия.

1.Геометрическо подобие - подобие размеров будет соблюдаться при пропорциональности диаметров, длин трубопроводов, радиусов их закруглений в натуре и на модели:

2. Материальное подобие – подобие масс геометрически соответственных объемных элементов в модели и в натуре:

3. Подобие времени эксперимента в лаборатории и в натуре

Механическое состояние любой системы определяется тремя независимыми физическими величинами: длина , масса и время. Из основных коэффициентов подобия можно образовать производные коэффициенты подобия.

4. Кинематическое подобие – подобие скоростей V₁иV₂ и ускорений а₁и а₂ :

коэффициент для скоростей

коэффициент для ускорений

За характерные скорости берутся средние скорости на оси.

4. Механическое или силовое подобие соблюдается, если в сравниваемых точках потока отношения сил одинаковы. Используя выражение для второго закона Ньютона, получим, что подобие сил на натуре и моде соблюдается при соотношениях:

коэффициент для сил

4.1 Связь между влиянием сил трения (явление вязкости в жидкости) и действием внешних сил, может быть оценена при использовании закона Ньютона о трении в жидкости

Используя ранее полученное коэффициент для внешних сил по второму закону Ньютона, так как действие силы трения также изменяет ускорение массы жидкости, приравняем, коэффициент для внешних сил коэффициенту, полученному для сил трения

чтобы это равенство соблюдалось,

отношение коэффициентов кинематических вязкостей должно быть равно

Внеся в это равенство дополнительно, вместо λ^-1 = λ²λ^-3и сгруппировав, имеем

.

(11.1)

Связь сил инерции и сил вязкости при изучении подобных течений на модели и в натуре выражается числом Рейнольдса.

Число Рейнольдса есть отношение сил инерции к силам вязкости в потоках реальной жидкости.

Если число Рейнольдса мало, то в потоке преобладают силы вязкости, если велико – силы инерции.