7. Режимы течения жидкости

Экспериментальные исследования потоков реальной жидкости показывают, что процессы, происходящие в них, существенно зависят от характера течения. Различают два режима течения жидкостей: ламинарный (рис.

Рис. 16. Эпюры скоростей при ламинарном (а) и турбулентном (б) режимах течения жидкости

Ламинарное течение характеризуется упорядоченным (слоистым) движением без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давлений. Когда скорость движения превысит некоторую критическую величину, слои начинают перемешиваться, образуются вихри; течение становится турбулентным, возрастают потери энергии.

При течении жидкости по трубопроводу переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается в тот момент, когда осредненная по сечению трубы скорость движения потока становится равной критической лак показывает эксперимент, критическая скорость прямо пропорциональна кинематической вязкости v жидкости и обратно пропорциональна внутреннему диаметру d трубы:

где k — коэффициент пропорциональности;

v - кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

d - внутренний диаметр трубы, м.

Экспериментально был установлен и тот факт, что смена режима течения любой жидкости по трубе любого диаметра имеет место лишь при определенном значении безразмерного коэффициента k. Данный коэффициент называют критическим числом Рейнольдса:

Для труб круглого сечения .

Число Рейнольдса используют для описания режима течения:

Значение числа Рейнольдса позволяет судить о характере течения жидкости по трубе:

• ламинарное течение Re < 2 300;

• турбулентное течение Re > 2 300.

Таким образом, зная скорость движения потока, вязкость жидкости и внутренний диаметр трубы, можно найти число Рейнольдса и, сравнив его с величиной , определить режим течения жидкости.

Результаты экспериментов показывают, что сразу после разрушения ламинарного течения устойчивого турбулентного течения еще не появляется. Развитое турбулентное течение устанавливается при Re > 4 000.

Если значение Re уменьшается и оказывается ниже , турбулентное течение не сразу становится ла­минарным. Устойчивое ламинарное течение жидкости снова достигается лишь при значении Re = 0,5

Исходя из того, что законы распределения скоростей по сечению трубы при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости различны, коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределе­ния скоростей в уравнении Бернулли, принимает разные значения:

• для ламинарного течения α= 2;

• для турбулентного течения α = 1.