Виды движения жидкости

В гидродинамике рассматриваются следующие виды движения жидкости:

1. Установившееся, или стационарное, движение — такое движение, когда параметры потока не меняются во времени.

2. Неустановившееся (нестационарное) движение — такое движение, когда параметры потока изменяются или зависят от координат или от времени.

3. Равномерное движение — такое движение, когда скорость не меняется вдоль пути следования жидкости.

4. Неравномерное движение — такое движение, когда скорость движения меняется вдоль пути следования.

5. Напорное движение — движение, осуществляемое ща счет разности давлений в начале и в конце потока.

6. Безнапорное движение — движение, осуществляемое за счет разности высот в начале и в конце потока. При этом движущаяся жидкость всегда имеет свободную поверхность.

На уровне физически бесконечно малых объёмов выделяют три вида движения жидкости: поступательное, вращательное и деформационное.

Режимы движения жидкости

При движении жидкости возможны два принципиально различных характера течения:

1. Жидкость движется в потоке так, что отдельные струйки двигаются параллельно друг другу, не перемешиваясь. Такое движение называется струйным, а режим — ламинарным.

2. Жидкость движется в потоке так, что отдельные струйки хаотически перемешиваются между собой. Это объясняется тем, что наряду с продольной составляющей скорости имеется поперечная составляющая. Этот режим называется турбулентным.

Определить режим течения можно двумя способами.

1. Качественный метод, определение заключается в визуализации течения, то есть получении изображения движения отдельных струек.

2. Количественный метод заключается в нахождении численного значения некоторого безразмерного коэффициента, названного критерием Рейнольдса.

w —средняя скорость движения жидкости, l — характерный размер потока, для закрытых трубопроводов принимается эквивалентный диаметр;  — плотность жидкости;  — динамический коэффициент вязкости;  — кинематический коэффициент вязкости.

Эмпирически установлено, что смена режима движения происходит при некотором критическом значении Re, это значение названо критическим числом Re. Известны два критических Re:

— 2320, до этого значения наблюдается ламинарный режим;

— 10000, выше этого значения наблюдается развитый турбулентный режим.

В интервале от 2320 до 10000 наблюдается неустойчивый (переходный) режим.

Структура турбулентного потока

Любой турбулентный поток жидкости включает в себя:

— пристенный ламинарный слой, в котором скорость движения близка к 0,

— ядро потока, в котором скорость движения близка к максимальной скорости,

— переходную область, в которой скорость движения жидкости изменяется практически от нуля до максимальной.

Для турбулентного потока средняя скорость течения в значительной мере зависит от вязкости и геометрических параметров, включаемых в число Рейнольдса. Эту зависимость можно изобразить следующим образом.

С ростом Re толщина пристенного слоя уменьшается, однако при некотором значении Re толщина пристенного ламинарного слоя достигает минимального значения, и с дальнейшим ростом не изменяется. Ламинарный режим характерен для малых скоростей течения, турбулентный — для больших.