Două moduri de mișcare fluidă - studopediya

În timpul de fluid real, caracterizat prin diferitele sale moduri de mișcare care se pot deplasa de la unul la altul, în anumite condiții. Studiile experimentale arată rezistență hidraulică că pierderea de presiune (pierderea de energie) depind de fluxul de curent în modul de conducere.

Existența a două moduri fundamental diferite de mișcare a fluidului a fost observată în Hagen în 1839 și 1854 în 1880 D. I. Mendeleev a exprimat opinia că există două moduri de mișcare a fluidului datorită diferenței legilor de rezistență ale mișcării. Mai târziu, fizicianul englez O. Reynolds, apoi profesor de la Institutul de Tehnologie din St. Petersburg N. P. Petrov a confirmat experimental existența a două moduri.

În studiul tuturor posibile de curgere a picăturilor de lichide cu proprietăți fizice diferite. Reynolds a constatat că mișcarea este laminară și turbulentă.

„Laminar“ provine din cuvintele latine lamina - strat. Se numește un regim laminar unde fluxul de lichid este fluxuri sau straturi separate și traiectoriile particulelor individuale nu se intersectează. În practică, regimul laminar se produce deplasarea cu fluide cu viscozitate mare (ulei, ulei de lubrifiere) în timpul deplasării apei prin tuburi subțiri, în conducte cu viteze de curgere mici.

„Turbulenta“ este derivat din cuvântul latin turbulentus - murdar. Este numit un regim de curgere turbulentă atunci când struychatost este perturbată, toate fluxurile sunt amestecate și traiectoria particulelor în mișcare devin forme complicate se intersectează unele cu altele. În practică, de cele mai multe ori există o mișcare turbulentă a fluidului.

In 1883 Reynolds g. Ca urmare a unor studii experimentale constatat că criteriul modului de circulație lichid este o cantitate adimensională care reprezintă raportul dintre produsul medie a vitezei de curgere v și caracteristica pentru cazul dimensiunii L liniar fluid cinematic vâscozitate n :. Acest criteriu se numește numărul Reynolds și este notat cu Re. Astfel, numărul Reynolds este de forma

Când fluxul de fluid de presiune în conducte rotunde caracteristică dimensiune L liniară iau, de obicei țeavă cu diametrul interior D și apoi

iar în alte cazuri - raza hidraulică R

Sensul fizic al numărului Reynolds este că exprimă raportul de forțe de inerție la forțele de viscozitate:

Cu predominarea forțelor vâscoase - regim laminar, cu predominarea forțelor de inerție - regim turbulent.

Numeroase studii experimentale rezistență hidraulică arată că există o relație de hl = f (v) între ele și viteza de deplasare a fluidului.

(. Figura 6) În cazul în care datele experimentale reprezentate grafic în coordonate logaritmice, este posibil să se identifice trei zone: laminare (liniyaAB), turbulente (CD linie) și instabile, situate între punctele B și C. Puncte B și C sunt numite critice, adică, punctele la care schimbă modul. Punctul B se numește punctul critic inferior. Viteza corespunzătoare acestor puncte se numesc viteză critică. Pentru punctele B și C harakternyo că la viteze mai puțin vN.K. există întotdeauna laminar, iar la viteze mari vV.K. - regim turbulent. La schimbarea vitezei de la mic la regim laminar mare poate avea loc până la punctul E. Atunci când ratele de schimbare de la mari la mici, regimul turbulent poate fi menținut până la punctul B.

Fig. 4. Tranziția laminară la mișcarea turbulentă a lichidului

Valoarea numărului Reynolds corespunzător punctului B critic inferior se numește numărul critic inferior Reynolds și este egală cu

Numărul Reynolds corespunzător punctul superior C critic, numit numărul critic superior și este egal cu

Pentru debitul de presiune în tuburi cilindrice număr critic inferior este 956, adică un regim laminar este stabil atunci când

Pierderea de presiune pe lungimea asociată cu o viteză dependentă, care este exprimat prin ecuația

în cazul în care hl - pierdere cap de-a lungul lungimii; un - coeficient de proporționalitate; v - viteză medie de curgere; m - exponent.

Logaritmul ecuației, se poate obține o relație liniară

În cazul în care punctele ce corespund valorilor LG hl. lg v, reprezentate grafic, valoarea exponentului m este determinat ca tg un unghi de înclinare de linii în laminară și regiunile turbulente ale axei orizontale (fig. 7).

Moduri de mișcare a fluidului pot fi observate vizual, pentru instalare (Fig. 8), care constă dintr-un rezervor 1 cu apă, un tub de sticlă 2 cu un robinet 3 la vârful și recipientul 4 cu o soluție de colorant apoasă, care se introduce într-un curent subțire în tubul de sticlă 2 la deschidere macara 5.

Dacă conducta 2 creează o viteză mică de apă și să curgă pentru a introduce un colorant, vedem că vopseaua nu este amestecat cu fluxul de apă. Un colorant prelinge este clar vizibil de-a lungul tubului de sticlă, indicând faptul că natura stratificată a curgerii fluidului, adică regim laminar (Fig. 8a).

Fig. 6. Instalație pentru demonstrarea modurilor de mișcare fluid

În timp ce creșterea treptată a vitezei de deplasare a apei în film conducta de la început nu se schimbă, dar apoi la o anumită viteză există o schimbare rapidă în ea. Un colorant trickle la ieșirea vibrează tub, se rupe apar (fig. 6b). Ea apoi neclară și amestecat cu fluxul de apă, formarea vortex și să devină vizibil mișcare fluidă rotație. Devine mișcare turbulentă (Fig. 6c).

1. Cum de a determina modul de mișcare a fluidului?

2. Care este semnificația fizică a numărului Reynolds?

3. arată că numărul Reynolds este raportul de forțe de inerție și a forțelor vâscoase.

4. Pentru a rezolva orice probleme, este necesar să se cunoască modul de mișcare fluidă?

5. Cat de multe ori numărul Reynolds se va schimba în cazul în care schimbarea diametrul de 2 ori, iar debitul și temperatura nu se schimba?

6. Cum va numărul Reynolds, în cazul în care temperatura lichidului va crește?

7. Este posibil să tranziția la laminar turbulentă cu o creștere a temperaturii fluidului?

8. Este posibil să tranziția de la laminar la curgere turbulentă la temperaturi scăzute?

9. Cum se schimbă viteza de curgere a fluidului, în cazul în care mișcarea fluidului laminar merge într-o turbulentă, iar temperatura lichidului va rămâne constantă?

10. Cum se schimbă viteza de curgere în cazul în care mișcarea turbulentă a fluidului intră laminar și temperatura lichidului va rămâne constantă?