Режимы движения жидкостей. Критерий режимов движения жидкости

Течение реальной жидкости характеризуется различными режимами ее движения, кот. могут переходить один в другой при опр. условиях. Экспериментальные исследования гидравлических сопротивлений показывают, что потери напора (потери энергии) зависят от существующего в потоке режима движения. Наиболее полные исследования режимов движения жидкости в трубах произвел ученый О. Рейнольдс, который провел опыты с краской и водой, движущейся с различными скоростями в стеклянной трубке. Опыты показали, что при малых скоростях движения воды, подкрашенная жидкость в виде тонкой струйки

внутри ее не перемешивается с основным потоком. Такой режим получил на-

звание ламинарного.

Если постепенно увеличивать скорость движения, то при некоторой достаточно большой скорости, называемой верхней критической скоростью, движение частиц жидкости приобретает беспорядочный характер, струйка краски начинает размываться, отчего вся вода по сечению трубки окрашивается. Тогда ламинарный режим переходит в турбулентный.

Если же при турбулентном режиме уменьшать скорость, то происходит обратный переход от турбулентного режима к ламинарному; скорость соответствующая переходу к ламинарному режиму, – нижняя критическая скорость – всегда меньше верхней и имеет определенное значение.

Опыты позволили установить, что режим движения зависит не только от скорости , но и от вязкости ν и диаметра трубы d. Рейнольдс установил, что критерием режима движения жидкости является безразмерная величина, которая впоследствии была названа его именем – числом Рейнольдса Re. Для труб цилиндрического сечения число Рейнольдса определяется по формуле:

– средняя скорость потока жидкости,

– коэффициент кинематической вязкости жидкости,

L – характерный размер сечения потока, (L=d для труб, L=R гидравлический радиус (для каналов))

Критерий режима движения, соответствующий нижней критической скорости , называют нижним критическим числом Рейнольдса. На основании экспериментальных опытов установлено, что нижнее критическое число Рейнольдса для труб при напорном движении . По критическому числу устанавливают вид режима движения жидкости. Так, если Re < , то поток будет иметь ламинарный режим движения, так как и режим находится в ламинарной зоне. Если же Re > , то поток находится в зоне неустойчивого движения (зона переходного режима), до значения Re = 13800. Далее следует зона устойчивого турбулентного течения.

С физической точки зрения критерий Рейнольдса есть отношение сил инерции потока к силам трения при его движении.