ТЕМА ЛЕКЦІЇ : Режими руху рідин

ЛЕКЦІЯ

ТЕМА ЛЕКЦІЇ : Режими руху рідин

МЕТА ЛЕКЦІЇ : Вивчити режими руху рідин

ПЛАН ЛЕКЦІЇ 1. Режими руху рідин.

     В інженерній практиці зустрічаються два режими руху рідин: ламінарний (від лат. lamina – шар) – рідина рухається окремими шарами (струминками) без перемішування, і турбулентний (від лат. turbulentus – безладний) – рідина рухається з перемішуванням частинок рідини, струминність потоку порушується. Прикладами ламінарного руху рідин є рух рідин з великою в’язкістю, а саме: нафти, мазуту, рух підземних вод у порах водоносних пластів і т. ін. Турбулентний режим руху рідин має місце при русі, наприклад, води в каналах, трубопроводах. Це явище було проілюстроване в 1883 р. англійським фізиком О. Рейнольдсом на спеціальній установці. При малому відкритті крана  потік у трубці  буде рухатися з малою швидкістю, і якщо в нього по трубці  пустити барвник, то він утворить прямолінійну струминку, яка не буде змішуватися з оточуючою рідиною. Такий рух називається ламінарним (рис. 1).  При подальшому відкритті крана струмина барвника стане хвилеподібною (рис. 2), при ще більшому відкритті крана швидкість збільшиться, і в струминці з’являться розриви, а потім настане і повне руйнування струминки барвника, тобто барвник повністю змішається з рідиною в трубці. Такий рух називається турбулентним. Швидкість, при якій змінюється режим руху, називається критичною. Шляхом досліджень встановлено, що режим руху рідин характеризується числовим значенням безрозмірного параметра, який називається числом Рейнольдса Rе .

Рисунок 1                                                 Рисунок 2

     Для круглих перерізів воно визначається рівнянням

 Re = Vd / n

де V – середня швидкість руху рідини;

d – діаметр трубопроводу;

n – кінематичний коефіцієнт в’язкості рідини.

     Режим руху рідини встановлюється за критичним числом Рейнольдса, яке для круглих трубопроводів становить Rе_кр = 2320.

     У каналах і руслах некруглого поперечного перерізу

 n VR Re_кр = 4 VR/n 

де R – гідравлічний радіус, R = d/4.

     Критичне число Рейнольдса для некруглих перерізів

Rе_кр =  300…500.

     Отже, для встановлення режиму руху рідини необхідно співставити фактичне число Рейнольдса, яке визначається за попередніми формулами, з критичним: якщо фактичне Rе < Rе_кр, то рух ламінарний, якщо ж Rе > Rе_кр – рух рідини турбулентний.

Задача

Визначити режим руху нафти в трубопроводі d = 400 мм при швидкості руху V = 0,13 м/ с Кінематична в'язкість нафти ν = 0,3 ˑ10^-4 м²/с.

Рішення

Визначимо число Рейнольдса для даного режиму руху рідини

Re = V d/ ν = 0,13ˑ 0,4 / 0,3 ˑ 10^-4 = 1733

Для круглих трубопроводів становить Rе_кр = 2320

Порівнявши отримане значення числа Рейнольдса з критичним значення числа Рейнольдса робимо висновок, що рідини ламінарний

Питання для самоконтролю

1.Від яких характеристик потоку залежить режим руху рідини?

2.В чому відмінність турбулентної течії від ламінарної?

3.Пояснить фізичний зміст і практичне значення критерію Рейнольдса