Режимы течения жидкостей

1. Режимы течения жидкостей доцент кафедры энергетики Трохимчук М.В.

Филиал МЭИ в
г.Волжском

2. Ламинарное и турбулентное течение

В современной науке общепризнанны два режима движения жидкости –
ламинарный и турбулентный. Характерно различие между ламинарным
(параллельно струйным) и турбулентным (извилистым) режимами течения
жидкостей. Причиной образования любой извилистости является разность между
тем, что может делать предмет, и тем, что заставляют его делать. В русловедении
разность между транспортирующей способностью потока и поступлением
наносов в реку является причиной образования различных типов русел. При
относительно малом поступлении наносов образуется извилистость, а при
относительно большом поступлении наносов – русловая мнгогорукавность.
Аналогично критерием ламинарного и турбулентного режимов движения
жидкостей должна быть такая же разность. Как раз именно так интерпретируют
число Рейнольдса Т. Карман и сам Рейнольдс. Число, характеризующее режим
движения жидкости, является отношением скорости движения молекул
рассматриваемого объёма жидкости к скорости движения самого объёма
жидкости в целом. Становится ясным физический смысл числа Re. Числитель
представляет собой интенсивность движения всего объёма жидкости, а
знаменатель – темп теплового движения. При равенстве скоростей наблюдается
ламинарное движение жидкости, а при превышении местных скоростей над
переносной жидкость двигается турбулентным режимом.

3. Режимы движения жидкости

При наблюдении за движением жидкости в трубах и
каналах, можно заметить, что в одном случае жидкость
сохраняет определенный строй своих частиц, а в других перемещаются бессистемно. Однако исчерпывающие
опыты по этому вопросу были проведены Рейнольдсом в
1883 г. На рис.1 изображена установка, аналогичная той,
на которой Рейнольдс производил свои опыты.

4.

Установка состоит из резервуара А с водой, от которого отходит
стеклянная труба В с краном С на конце, и сосуда D с водным
раствором краски, которая может по трубке вводиться тонкой
струйкой внутрь стеклянной трубы В.

5.

Первый случай движения жидкости. Если немного приоткрыть
кран С и дать возможность воде протекать в трубе с небольшой
скоростью, а затем с помощью крана Е впустить краску в поток
воды, то увидим, что введенная в трубу краска не будет
перемешиваться с потоком воды. Струйка краски будет отчетливо
видимой вдоль всей стеклянной трубы, что указывает на слоистый
характер течения жидкости и на отсутствие перемешивания. Если
при этом, если к трубе подсоединить пьезометр или трубку Пито,
то они покажут неизменность давления и скорости по времени.
Такой режим движения называется ламинарный.

6.

Второй случай движения жидкости. При постепенном увеличении
скорости течения воды в трубе путем открытия крана С картина
течения вначале не меняется, но затем при определенной скорости
течения наступает быстрое ее изменение. Струйка краски по выходе из
трубки начинает колебаться, затем размывается и перемешивается с
потоком воды, причем становятся заметными вихреобразования и
вращательное движение жидкости. Пьезометр и трубка Пито при этом
покажут непрерывные пульсации давления и скорости в потоке воды.
Такое течение называется турбулентным

7.

Л а м и н а р н ы м называется слоистое течение без перемешивания
частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном
течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока
направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные
перемещения частиц жидкости.
Т у р б у л е н т н ы м называется течение, сопровождающееся
интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и
давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости
наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения
отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к
турбулентному наблюдается при определенной скорости движения
жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.

8. Виды движения в зависимости от скорости и давления

В движущейся жидкости скорость v и давление p
могут изменяться в пространстве и во времени, в
связи с этим различают виды движения:
неустановившееся, установившееся, равномерное.

9. Неустановившееся движение

Неустановившееся – вид движения, при котором
давление и скорость изменяются во времени и в
пространстве. Уровень в сосуде будет падать и
скорость потока будет изменяться во времени.
Одновременно с каждый момент времени скорость
v в разных частях трубопровода из за его сужения
будет разной (так же как и давление p).

10. Установившееся и Равномерное движения

Установившееся (стационарное) – вид движения, при котором
давление и скорость постоянны во времени, а изменяются только в
пространстве. В сосуд добавляют воду по мере её вытекания,
таким образом скорость изменяется только из-за сужения
трубопровода (увеличивается к концу), то есть изменяется только в
пространстве.
Равномерное – вид движения, при котором давление и скорость
постоянны во времени и в пространстве.

11. Напорное и безнапорное движение

Также различают напорное
и безнапорное движение
жидкости.
Напорное движение –
в потоке отсутствует
свободная
поверхность.
Безнапорное движение
– в потоке имеется
свободная
поверхность.

12. Линии тока

Линия тока – воображаемая
линия, проведённая в потоке,
таким образом, что в каждой
её точке направление
скорости совпадает с
касательной к этой линии.То
есть, если известны линии
тока, то если в любой их
точке провести касательную,
её направление совпадёт с
направлением скорости.
При неустановившемся
движении линии тока
изменяются во времени.
При установившемся
движении линии тока
постоянны во времени.

13.

При установившемся движении элементарная струйка
обладает следующими свойствами:
1. Положение элементарной струйки неизменно в
пространстве.
2. Отсутствует переток жидкости через боковую
поверхность элементарной струйки.
3. Скорости во всех точках одного поперечного сечения
элементарной струйки одинаковы.
Элементарной струйкой называется часть потока,
ограниченная линиями тока, проведёнными через все
точки жидкого контура, заключающего в себе
элементарную площадку.

14.

Вихревое движение — движение жидкости
или газа, при котором мгновенная скорость
вращения элементарных объёмов среды не
равна нулю. Количественной мерой
завихренности служит вектор (ω) = rotV, где v
— скорость жидкости; ω называют вектором
вихря или просто завихренностью.
Движение называется безвихревым или
потенциальным, если ω = 0, в противном
случае имеет место вихревое движение.