57. Режими руху рідини. Досліди Рейнольдса. Число Рейнольдса.

Ламінарний і турбулентний режими руху

Схематичний вигляд ламінарного руху

Гідравлічна структура потоків при цих двох режимах істотно відрізняється. При ламінарному режимі окремі частинки рідини переміщються паралельно одна одній і окремі струминки потоку переміщуються упорядковано. При цьому режимі течій в циліндричних шарів, які, подібно до окремих частин телескопічної труби, переміщуються. Ламінарний рух рідин зустрічається в трубках невеликого діаметра при переміщенні дуже в'язких рідин. В інженерній практиці у більшості випадків спостерігається рух рідини при турбулентному режимі, характреною ознакою якого є безладний характер переміщення окремих частинок. При турбулентному режимі в кожній точці простору, зайнятого рідиною, що рухається, відбувається безперервна зміна швидкості як за значенням, так і за напрямком.Така зміна швидкості називається пульсацією швидкості, яка, в свою чергу, викликає пульсацію тиску. У зв'язку з цим турбулентний потік - це безліч мас, які інтенсивно обертаються і переміщуються, при загальному поступальному русі.

Дослід і критерій о.Рейнольдса

Припущення про існування двох режимів руху рідини було сформульоване Д.І.Мендєлєєвим. Експериментально це було підтверджено англійським вченим Осборном Рейнольдсом.

Рисунок 4.2.1 – Схема експериментальної установки О. Рейнольдса

1,2	-	кран;
	-	тонка трубка;
	-	скляна трубка;
5,6	-	бак з рідиною;
	-	зливна труба.

Осборн Рейнольдс під час досліду пропускав воду через скляні трубки різного діаметру, регулюючи швидкість руху рідини в них кранами 1,2 (рисунок 4.2.1). По тонкій трубці 3з загостреним кінцем до входу в скляну трубку 4 підводилась забарвлена рідина із ємності 5. Середня швидкість в трубці 4 площею перерізу S визначалась за об’ємом води V, що поступає в ємність 6 за час t: ω =   ; [м/с]

Досліди, які були проведені при постійному напорі (для його підтримання використали зливну трубу 7) показали, що при малих швидкостях руху води в трубці 4 забарвлена рідина рухається в ній у вигляді тонкого струменя не перемішуючись з водою.

Досліди показали, що основним критерієм для знаходження режиму руху рідини є безрозмірний параметр число Рейнольдса   .

Число Рейнольдса є важливою характеристикою течії; визначає відносну роль сил інерції та сил тертя потоку, можна визначити за формулами:

для динамічного коефіцієнта в’язкості:

для кінематичного коефіцієнта в’язкості:

	-	масова швидкість потоку;
	-	діаметр труби;
	-	динамічний коефіцієнт в’язкості;
	-	середня лінійна швидкість;
	-	кінематичний коефіцієнт в’язкості.

Критичне число Рейнольдса (R_{е кр}) - число Рейнольдса,при якому ламінарна течія переходить в турбулентну.

R_{е кр}=2 320

Якщо число Рейнольдса менше ніж критичне число Рейнольдса ⇒ ламінарний режим руху рідини

R_е < R_{е кр} ⇒ ламінарний режим руху рідини

Якщо число Рейнольдса більше ніж критичне число Рейнольдса ⇒ турбулентний режим руху рідини

R_е > R_{е кр} ⇒ турбулентний режим руху рідини

Критичному числу Рейнольдса відповідає критична швидкість:

 =   ; [м/с]

Характер течії рідини залежить від:

	-	середньої швидкості рідини;
	-	діаметра трубопроводу;
,	-	в’язкості рідини;
r	-	густини рідини.

Ламінарний рух легше здійснити коли :	Турбулентний рух виникає при :
менша швидкість руху рідини;	великій швидкості руху рідини;
менший діаметр труби;	великих діаметрах труб;
більша в’язкість рідини;	малій в’язкості рідини;
менша густина рідини.	великій густині рідини.