Sensul fizic al numărului Reynolds

Sensul fizic al numărului Reynolds este schimbarea regimului de curgere a fluidului. În prezent, nu există nici o explicație stricte dovedit științific pentru acest fenomen, dar ipoteza cea mai credibilă sunt următoarele: schimbarea regimurilor de curgere a fluidului determinate de raportul de forțe de inerție la forțele vâscoase în fluxul de fluid. Dacă domină prima, apoi modul de mișcare turbulentă, dacă al doilea - laminară. Fluxurile turbulentă apar la debite mari de lichid și cu vâscozitate scăzută, fluxuri laminare apar în condiții de curgere lentă în fluide vâscoase. În practică, diverse conducte de gaze, conducte de apă și alte sisteme similare sunt turbulențe mai frecvente, chiar și la viteze mai mici de 1 m / c. Echipamentele de proces hidraulic, în care, ca fluidele de lucru utilizate uleiuri minerale, regim turbulent apare la viteze bolee15m / c. în timp ce proiectarea unor astfel de sisteme oferă adesea skorosti4-5m / c. Modul de conducere în astfel de conducte, de obicei, laminar.

Deoarece forța de inerție și forțele vâscoase în fluxul de fluid depinde de mai multe motive, la viteze apropiate de cele tranzitorii critice pot exista situații în care sunt instabile, laminar de curgere turbulentă. Aceste moduri sunt reflectate în diagrama.

Dacă creșterea ratei de curgere, regimul laminar (zonele 1 și 3)

devine tulbure (zona 2), la o viteză V'kr - viteză superioară critică. Acesta corespunde numărului superior Reynolds. Dacă rata de descreștere, trecerea de la laminar la curgere turbulentă se produce la skorostiVkr - mai mică viteză critică. Aceasta corespunde cu numărul cel mai mic Reynolds. Zona 3 este numit instabilă, sau de tranziție, o zonă. La viteze care este tratată, pot exista atât laminar și a fluxurilor turbulente. Totuși regim laminar este foarte instabil în acest domeniu și orice perturbare, de exemplu, oscilarea conductei, da imediat naștere turbulente. Din acest motiv, în practică, acest domeniu este întotdeauna considerată a fi turbulentă, și sub Reynolds dau seama chisloRekr inferior. În zonele 1 și 2 sunt moduri de mișcare sunt întotdeauna stabile. Chiar dacă modul de deplasare este în zona 1 este forțat să se schimbe, de exemplu, prin intermediul unor dispozitive speciale - turbulezatorov flux, apoi într-un flux de timp foarte scurt, din nou, devine laminar.

Proprietățile fizice ale lichidelor.

Densitate. Densitate - o masă de fluid conținut în unitatea de volum. Sistemul Internațional de Unități (SI) se măsoară în kg / m3. Pentru un lichid omogen

Dacă lichidul este neuniformă în volum V. această formulă permite numai pentru a calcula valoarea medie a densității, iar densitatea adevărată în orice punct poate fi definit ca

Valori crește densitatea fluidului cu presiune în creștere. De exemplu, densitatea apei la 0 ° C variază în funcție de presiune în creștere (0.1-400 MPa) de 999 până la 1146 kg / m3. Cu creșterea temperaturii, densitatea lichidului scade. O excepție de la această regulă este doar apă în intervalul de temperaturi de la 0 până la 4 ° C: crește densitatea acestuia și atinge maximum (1000 kg / m3) la t = 3.98 ° C După încălzirea suplimentară, densitatea sa este redusă ca și alte lichide. Din acest motiv, temperatura apei la fundul apelor adânci în timpul iernii este întotdeauna 4 ° C Când răcirea la 4 ° C, circulația apei în rezervorul de apă este oprită, ceea ce previne înghețarea la fund.

Valorile densității unor lichide comune la condiții normale (t = 20 ° C, p = 0,1 MPa)

* Mercury - 13 546 kg / m3;

* Ulei natural - 760-900 kg / m3;

* Ulei mineral - 850 - 930 kg / m3;

* Benzina - 712 - 780 kg / m3.

Volumul specific. Volumul specific - un volum al unei unități de masă de fluid, care este reciproca densitate:

Deci, are punct de vedere istoric, că această caracteristică este rareori folosită pentru eliminarea lichidului, dar este foarte larg utilizat pentru gaze.

Greutate specifica. Greutate specifica - este greutatea unui unitate de volum de lichid:

Densitatea relativă. Densitatea relativă - este raportul dintre densitatea de lichid la densitatea de apă distilată la 4 ° C:

.Deoarece rvody + 4 = 1000 kg / m3, este ușor să se calculeze densitatea relativă.

Toate aceste caracteristici ale fluidelor caracterizează practic aceeași proprietate.

Densitatea lichidului poate fi calculată din formulele de mai sus, precum și posibil și pentru a măsura un instrument special numit hidrometru. Acest dispozitiv este similar cu pescuit float. Adâncimea sa de scufundare depinde de densitatea fluidului.

Compresibilitate. Compresibilitate - o proprietate de fluid își schimbă volumul sub presiune. Compresibilității se caracterizează prin două mărimi: bp raport de compresie volumetric și un modul de elasticitate în vrac K.

Raportul de compresie volumetric - aceasta este modificarea relativă a volumului de lichid pe unitate de presiune

De „minus“ în această expresie este introdus la acest factor a avut valori pozitive, deoarece derivatul este întotdeauna negativ.

Dacă acceptăm că, putem calcula aproximativ volumul și densitatea fluidului atunci când presiunea:

unde V 0, r0 - volumul și densitatea lichidului la o presiune p 0;

Dp = p - p 0 - modificarea presiunii.

Inversa raportul de compresie volumetric, numit modulul de elasticitate în vrac

creșteri ale modulului în vrac ușor cu o presiune în creștere și scade ușor odată cu creșterea temperaturii. Estimăm compresibilității picăturilor de lichid. La presiunea atmosferică pentru uleiurile minerale K »1320 - 1720 MPa. Când presiunea de 10 MPa (aproximativ 100 atm), variația volumului de ulei mineral este de aproximativ

adică schimbarea volumului de fluid într-o astfel de schimbare semnificativă a presiunii a fost de 0,67%. Din acest motiv, lichidul hidraulic este adesea considerat incompresibil.

Dilatarea termică. dilatare termică - o proprietate fluid își schimbă volumul său cu temperatura. Caracterizat prin coeficientul de dilatare termică bT. care este modificarea relativă a volumului per 1 grad:

Pentru creșteri raportul apă cu creșterea temperaturii (când p = 0,1 MPa și temperatura variază de la 0 la 100 ° C, de la aproximativ - .000025-0.000720). creșterea presiunii la temperaturi scăzute conduce la o creștere, în timp ce la temperaturi de peste 50 ° C - pentru reducerea acestuia. Pentru majoritatea celorlalte picături de lichid cu creșterea davleniyaumenshaetsya.

În forma finală la bT = const (cu o variație de temperatură mică)

; .

unde DT = T - T 0 - modificarea temperaturii fluidului.

Schimbarea volumului la încălzirea lichidelor foarte vizibile, deci trebuie avute în vedere la proiectarea unui dispozitiv hidraulic în care lichidul este încălzit considerabil.

Capilaritate. Pe suprafața unui lichid și un gaz de exploatare forțe de tensiune de suprafață, care tind să dea volum sferic de lichid, dar forța de gravitație nu permite acest lucru, în cazul în care lichidul este o cantitate semnificativă. Acest fenomen este vizibil numai în cazul în care lichidul este văzut în cantitatea de picături sau într-un tub capilar subțire sau de decalaj. forțelor de tensiune de suprafață în lichid creează o presiune suplimentară

în cazul în care s - suprafața coeficientul de tensiune al lichidului;

r 1, r 2 - raze de curbură.

Lacunele capilare și aceasta cauzează presiune ridicarea sau coborârea în raport lichid la niveluri normale. Acest fenomen se numește capilaritate. O presiune suplimentară este întotdeauna îndreptată spre centrul de curbură al meniscului. Dacă lichidul nu umecta suprafața capilară, meniscului are o formă convexă, iar presiunea forțelor de tensiune superficială coincide cu direcția presiunii atmosferice - nivelul lichidului din scade capilare. În cazul în care umezește fluidul suprafața capilarelor, meniscul are o formă concavă, iar presiunea suplimentară va fi îndreptată în sus, spre presiunea atmosferică. Ca o consecință - creșterea fluidului prin capilar. Înălțimea de ridicare (coborâre) a lichidului din tubul de sticlă este dată de:

unde d - diametrul tubului capilar;

k - coeficientul pentru fiecare fluid de individ.

De exemplu, apa k = 30 mm2; pentru alcool k = 11,5 mm2; mercur k = -10,1 mm 2.

Dispozitivele de măsurare a presiunii fluidului utilizat pentru diametrul tubului 10 - 12 mm. În acest caz, efectul capilar mic palpabil. Decalajul este una dintre razele de curbură se duce la infinit și, prin urmare, o presiune, înălțimea și nivelul deviație suplimentare se obțin în două ori mai puțin decât în capilar.

Vâscozitate. Vascozitatea - este proprietatea fluidului pentru a rezista la forfecare straturile sale. Când fluidul curge de-a lungul unui perete solid al straturilor de lichid adiacente acesteia sunt frânate de către forțele de frecare dintre straturi, adică din cauza viscozității (Fig. 1).

Conform ipotezei lui Newton, care a confirmat experimental NP Petrov, forfecarea accentuează la fluxul laminat:

în care - modulul gradient de viteză transversală;

Fig. 1. Profilul vitezei la m - coeficientul dinamic

vâscozității fluidului vâscos de-a lungul.

Din legea lui Newton de frecare vâscoasă, rezultă că tensiunile de forfecare sunt posibile numai într-un fluid în mișcare. Dacă există un gradient de viteză, de asemenea, într-o direcție perpendiculară pe planul desenului, trebuie înregistrată în derivata parțială a formulei.

Mai mult Pa × utilizarea cu o unitate ca Poise: 1P = 0,1 Pa × s.

În plus, coeficientul de vâscozitate dinamică, o tehnică larg utilizată coeficient de vâscozitate cinematică:

În literatura veche există unități, cum ar fi Stokes: Cm 1 = 1 cm2 / s = 10-4 m2 / s.

Uneori numele de m și n cuvântul „coeficient“ pentru concizie, deși, în principiu, acest lucru nu ar trebui să fie făcut.

Cu creșterea temperaturii, viscozitatea picăturilor de lichid scade foarte puternic (exponențial) și gazele - crește liniar. De exemplu, atunci când apa proaspătă este încălzită la 0 la 100 ° C Coeficientul de vascozitate cinematica scade de la 1,79 x 10-6 până la 0,29 × 10-6 m2 / s, adică mai mult de 6 ori. În același interval de temperatură vâscozitatea uleiului mineral variază în zeci sau sute de ori. crește brusc la temperaturi scăzute de vâscozitatea uleiurilor.

Măsura vâscozității cu dispozitive speciale, numite viscozimetrelor. Principiul de funcționare al acestor dispozitive constă în compararea timpului de curgere a unei cantități predeterminate de testare și lichidelor standard, prin capilar.

Trebuie spus că există lichide care nu se supun legii de frecare vâscoasă a lui Newton. Ca exemple pot fi menționate argila, ciment, var și soluții coloidale, uleiuri și uleiuri lubrifiante, la temperaturi apropiate de temperatura de solidificare, vopsele, adezivi, rășini, diferite proteine, lipide, pastă de amidon, gelatină, etc. Această așa-numita de fluid non-newtonian, sau anormale. Pentru fluide non-newtoniene din transversal dependența gradientul vitezei de forfecare poate avea una din următoarele tipuri:

; .

Volatilitatea. Prin evaporare inerentă tuturor fluidelor, dar la grade diferite, și este puternic dependentă de condițiile în care lichidul depozitat. Una dintre caracteristicile de evaporare este punctul de fierbere la presiune atmosferică normală. Dar presiunea atmosferica - este doar un caz special de presiune hidraulică, astfel încât caracteristica de evaporare mai completă este presiunea (reziliență) saturate parovpn.p .. Mai mare pn.p. lichidul mai volatile. Cu creșterea temperaturii crește, dar pentru diferite fluide în grade diferite. De aceea, chiar și în aer plat, uscat în timpul iernii în contact cu obiectul, care este inclus îngheț la răcire devine umed, iar din picăturile de apă condensate. Este foarte conștient de oameni care poartă ochelari. Condensarea se poate observa pe suprafața țevilor prin care apa rece este alimentat pe geamurile sau altele similare

Pentru fluide multicomponent (amestecuri de) presiunea vaporilor saturați depinde și de raportul de volum a vaporilor și fazele lichide. Pentru ei, presiunea vaporilor saturați este mai mare decât o mare parte din volumul ocupat de lichid. În referirile la acestea sunt valori pn.p. când raportul de volum a vaporilor și fazele lichidă de 4: 1.

Solubilitatea gazelor în lichide. Solubilitatea gazelor în lichide este caracterizată prin cantitatea de gaz dizolvat per unitatea de volum de fluid. Această valoare crește odată cu creșterea presiunii și este diferit pentru diferite lichide.

Volumul relativ al gazului dizolvat poate fi calculat din legea lui Henry:

unde Vr - volumul de gaz dizolvat este corectat la condițiile standard (p 0, T 0);

k - raportul de solubilitate;

p - presiunea fluidului.

De exemplu, la t = 20 ° C, are următoarele semnificații:

- uleiuri minerale »0,08;

Prin creșterea densității și viscozității solubilității în ulei mineral a gazelor scade ușor. Cu creșterea temperaturii coeficientul de solubilitate este aproape neschimbată, dar ia în considerare acest efect mic este necesar, atunci când lichidul se execută într-un interval larg de temperatură: lichid saturat la un gaz de temperatură poate începe să secrete de gaz dizolvat la o altă temperatură, ceea ce va conduce la formarea de spumă, care conferă mediu continuitate și poate duce la eșec unitate.

In mod normal, uleiul mineral este saturat cu aer timp de câteva ore, dar în cazul în care uleiul este agitat în rezervor, se formează spuma. Suprafața de contact dintre lichid și aerul este crescut de mai multe ori. Acest lucru poate duce la saturarea gazului în lichid, timp de câteva minute.

Atunci când reducerea presiunii gazelor lichide saturate începe să iasă în evidență, și de a face acest lucru mult mai repede decât se dizolvă. Gaze poate sta într-o chestiune de secunde, sau chiar fracțiuni de secundă.