Тематични режими на движение на течности Лекция 5
Тема: Режими на движение на течности
5.1. Ламинарен и турбулентен поток на течността.
IN
вземаме прозрачна тръба, в която при ниска скорост Vедин тече бистра течност, като вода. В този поток ние поставяме малки, значително по-малки от диаметъра на потока, тръби. Тръбите под налягане съдържат цветна течност, например цветно мастило, което може да изтече от тях, ако отворите крановете ДА СЕ. Ще ги отворим за кратко (1-3 секунди) и ще спрем подаването на мастило на определени интервали, за да можем да проследим движението на цветната течност. В този случай в потока ще се появят многоцветни потоци и цветната течност ясно ще покаже разпределението на скоростта (диаграма на скоростта) върху напречното сечение на потока. Това разпределение ще съответства на разглеждания преди това модел на струен поток. Ако наблюдавате движението на течността, можете ясно да видите, че когато се движите от раздел 1 към раздел 2, моделът на разпределение на скоростта ще остане постоянен и движението на течността ще бъде пластово, гладко, всички потоци потоци ще бъдат успоредни един на друг. Такива движение носи името ламинарен (от латинската дума lamina - слой).
Е.
Ако скоростта на основния поток се увеличи до стойност V2 и повторете експеримента с цветни потоци, тогава диаграмите на скоростта изглеждат разширени и естеството на движението остава същото, ламинарно. Мимоходом отбелязваме, че коефициентът на кинетична енергия α, включени в уравнението на Бернули и като се вземе предвид съотношението на действителната кинетична енергия на потока към кинетичната енергия, изчислена с помощта на средната скорост, когато "разтягане" диаграмата на скоростта се увеличава.
Е.
Ако увеличите потока на течността още повече, за да ускорите V3, тогава диаграмите на скоростта могат да се разтегнат още повече и потокът ще бъде спокоен, плавен - ламинарен. Коефициент α приближавайки се към стойността 2.
ОТНОСНО
обаче е невъзможно да се увеличи скоростта до безкрайност в режим на ламинарен поток. Със сигурност ще дойде момент, когато естеството на движението на течността ще се промени коренно. Цветните потоци първо ще започнат да вибрират, след това да се размият и да се смесват интензивно. Потокът става бурен, с постоянно образуване на вихър. Диаграмата на разпределението на скоростите по участъка на потока ще се доближи до правоъгълна форма и стойностите на скоростите в различните участъци на потока ще станат почти равни на средната скорост на течността. Стойност на коефициента на кинетична енергия α приближава един.
Този флуиден поток се нарича бурен (от латинската дума турбулентус - възмутен, безреден).
Ако скоростта на потока на течността се намали отново, ламинарният режим на движение се възстановява. Преходът от един режим на движение към друг ще се случи с приблизително еднаква скорост, която се нарича критична скорост и се обозначава Vкр. Експериментите показват, че стойността на тази скорост е пряко пропорционална на кинематичния коефициент на вискозитета на течността
Безразмерен коефициент
Експериментално е установено, че критичното число на Рейнолдс за кръгли тръби - 2320 за кръгли тръби и за други напречни сечения 580.
За да определите режима на движение в потока, трябва да намерите действително число на Рейнолдс Re, които могат да бъдат зададени за всеки поток по формулата
5.2. Физическото значение на числото на Рейнолдс
Физическото значение на числото на Рейнолдс е промяната в режимите на потока на течността. Понастоящем няма строго научно доказано обяснение за това явление, но следното се счита за най-надеждната хипотеза: промяната в режимите на движение на течността се определя от съотношението на инерционните сили към силите на вискозитета в потока на течността. Ако първият преобладава, тогава начинът на движение е бурен, ако вторият е ламинарен. Турбулентни потоци възникват при високи скорости на течността и нисък вискозитет, ламинарните потоци се появяват при условия на бавен поток и във вискозни течности.
5.3. Кавитационни токове
В някои случаи, когато течността се движи, възникват явления, свързани с промяна в нейното агрегационно състояние, а именно с превръщането на някои от нейните частици в газообразно състояние.