Режимы движения жидких сред

Гипотеза сплошности среды.

Жидкая среда заполняет тот или иной объем без каких-либо свободных промежутков, сплошным образом, или является сплошной средой. При описании таких сред предполагают, что они состоят из частиц. Причем под частицей сплошной среды подразумевают не любую сколь угодно малую часть ее объема, а весьма небольшую его часть, содержащую внутри себя миллиарды молекул. В общем случае минимальная цена деления макроскопического масштаба пространственной Δl или временной Δt координаты должна быть достаточно малой, чтобы пренебречь изменением макроскопических физических величин в пределах Δl или Δt, и достаточно большой, чтобы, пренебречь флуктуациями микроскопических величин, полученных осреднением этих величин по времени Δt или объему частицы Δl³. Выбор минимальной цены деления макроскопического масштаба определяется характером решаемой задачи.

Движение макроскопических объемов среды приводит к переносу массы, импульса и энергии.

При течении жидкой среды (жидкости) реализуется два режима: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме жидкость течет малой скоростью, отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам канала при этом траектории отдельных частиц не пересекаются, все частицы имеют лишь продольную составляющую скорости.

С увеличением скорости движения потока жидкости картина качественно меняется. Траектории частиц представляют сложные, хаотические кривые, пересекающиеся между собой. Во всех точках потока скорость и давление нерегулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений, возникают поперечные составляющие скорости. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Режим может изменяться с изменением диаметра канала и вязкости жидкости.

Между ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости находится область развития турбулентности. В этой области турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

При турбулентном режиме малые возмущения, возникающие в реальных условиях, не затухают, происходит развитие нерегулярного хаотического движения отдельных объемов среды (вихрей). Вихри не являются устойчивыми, четко ограниченными в пространстве образованиями. Они зарождаются, распадаются на более мелкие вихри, затухают с переходом кинетической энергии в тепловую.

При выполнении расчетов гидравлических сопротивлений, тепловых и массообменных процессов, происходящих в аппаратах и машинах, необходимо знать режимы течения жидкостей, поскольку для ламинарного режима характерны одни закономерности, а для турбулентного другие.

Количественно режим течения определяется по критерию Рейнолдса:

Здесь w-средняя скорость потока, ρ- плотность жидкости, - характерный размер живого сечения потока, - коэффициенты динамической и кинематической вязкости. Для круглой трубы:

0<Re<2320 – ламинарный режим;

2320<Re<10⁴ - происходит развитие турбулентности;

Re>10⁴-развитый турбулентный режим.

Для круглой трубы Re_кр=2320. Для каждого типа движения существует свое критическое число.

Дата добавления: 2014-01-13