Основные положения. При исследовании движения жидкости важнейшим является вопрос о потерях энергий (напора) или о законах сопротивления

НА ПРИБОРЕ РЕЙНОЛЬДСА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Работа № 1

Тема I. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

При исследовании движения жидкости важнейшим является вопрос о потерях энергий (напора) или о законах сопротивления. Существование двух режимов движения жидкости с различными сопротивлениями было известно давно. Еще в 1880 г. русский ученый Д.И. Менделеев установил наличие двух режимов движения жидкости.

Но несколько позднее, в 1883 г. английским физиком О. Рейнольдсом были опубликованы его экспериментальные исследования по кинематической структуре потока жидкости. Рейнольдсом было установлено, что в области малых скоростей при значительной вязкости жидкости в малых поперечных размерах потока жидкость течет без перемешивания, как бы отдельными слоями. Такое течение называется струйчатым, а режим движения ламинарным (от латинского слова lamina - слой).

Увеличение скорости движения или размеров потока, уменьшение вязкости приводило к нарушению струйчатого течения. Такой режим движения жидкости был назван турбулентным (от латинского слова turbulentus -беспорядочный).

Визуальные наблюдения за сменой режимов движения можно проводить в стеклянной трубе, подкрашивая центральную струйку протекающей жидкости раствором краски (рис. 1). При переходе от ламинарного режима к турбулентному окрашенная струйка искривляется.

Рис. 1. Режимы движения жидкости.

На режим движения жидкости влияют: скорость движения жидкости, физические свойства жидкости (вязкость, плотность) и поперечные размеры потока. Характеристикой режимов движения является безразмерный критерий, называемый числом Рейнольдса и обозначаемый символом Re.

Re = ,

где: ρ - плотность жидкости;

- средняя скорость движения жидкости;

- динамический коэффициент вязкости;

I - характерный линейный размер потока;

ν - кинематический коэффициент вязкости.

Под величиной I обычно подразумевают диаметр трубопровода d, гидравлический радиус R или глубину открытого потока.

Вязкость жидкости зависит от температуры - с увеличением температуры кинематический коэффициент вязкости уменьшается (табл. 1).

Значение числа Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного движения в турбулентное называется критическим. По исследованиям немецкого гидравлика Шиллера принимается (см²/с) Re _кр= 2320.

Таблица 1. Значение кинематического коэффициента вязкости γ для воды.

Температура, ºС	Величина ν	Температура, ºС	Величина ν
См^2/с	м^2/с	См^2/с	м^2/с
	0,0179 0,0152 0,0147 0,0143 0,0139 0,0135 0,0131	1,79×10^-6 1,52×10^-6 1,47×10^-6 1,43×10^-6 1,39×10^-6 1,35×10^-6 1,31×10^-6		0,0127 0,0124 0,0121 0,0118 0,0115 0,0101 0,009	1,27×10^-6 1,24×10^-6 1,21×10^-6 1,18×10^-6 1,15×10^-6 1,01×10^-6 0,90×10^-6

Границы существования того или иного режима движения жидкости определяются двумя критическими числами Рейнольдса - верхним критическим числом Re_кр.в..=13800 и нижним Re_кр.н= 2320 (числа Re подсчитаны по диаметрам труб). При верхнем критическом числе Рейнольдса ламинарный режим переходит в турбулентный, а при нижнем критическом числе турбулентный режим переходит в ламинарный. Между нижним и верхним критическими числами находится так называемая переходная область, где возможны оба режима движения.

Дата добавления: 2015-05-23