Основные режимы течения жидкости

Сущность кавитации жидкости

Понятие о гидродинамическом подобии

Сущность гидравлического сопротивления и его зависимость от режимов течения

Основные режимы течения жидкости

Опытами установлено, что существует два режима течения в трубах: ламинарное и турбулентное.

Ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скорости и давления. При таком течении все линии тока определяются фор-мой русла, по которому течет жидкость и в прямой трубе постоянного сечения линии тока направлены параллельно оси трубы. Ламинарное течение является упорядоченным движе-нием жидкости и при постоянном напоре считается строго установившимся течением.

Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешива-нием частиц жидкости и пульсациями скорости и давления. Линии тока лишь примерно определяются формой русла. При турбулентном течении частицы жидкости перемещают-ся поступательно, перемешиваются между слоями и совершают вращательное движение вокруг своего центра масс.

В 1883 г. Рейнольдс провел опыты на специальной установке и установил 2 режима течения жидкости и визуально подтвердил это опытом.

Рис. 4.1 Схема установки для установления 2-х режимов течения жидкости

При небольшой скорости течения, режим течения жидкости является ламинарным, без перемешивания частиц воды и краски. При увеличении скорости течения наблюдается перемешивание частиц струйки краски с водой, образуется вращательное движение жид-кости и возникает вихреобразование, режим становится турбулентным. При уменьшении скорости движения режим течения снова становится ламинарным.

Смена режима течения жидкости в трубке установки происходит при определенной скорости течения, которую называют критической (V_кр). Значение этой скорости прямо пропорционально кинематическому коэффициенту вязкости (ν) и обратно пропорциональ-но диаметру трубы:

V_кр= k ν/d

где

k - безразмерный коэффициэнт пропорциональности, он одинаковый для всех жидкостей и газов и любых диаметров труб.

Смена режима течения происходит при вполне определенном соотношении между скоростью, диаметром и вязкостью.

Из соотношения этих величин было получено безразмерное число, определяющее режим течения жидкости и названо по имени английского ученного Рейнольдса:

;

- через расход жидкости

Смена режима течения осуществляется при

Из опытов установлено, что критическое число Рейнольдса , до этого значения числа режим течения ламинарный, а при большем – режим течения смешанный.

При решении практических задач, связанных с движением жидкости вначале необ-ходимо определить режим течения жидкости, а затем фактическое значение числа R_e срав-нивается с критическим R_е,кр.

При значениях R_e < R_екр – течение ламинарное. При R_e > R_екр – течение смешаное, пе-реходящее в турбулентное.

Ламинарное течение на практике встречается в тех случаях, когда по трубам движут-ся очень вязкие жидкости (смазочные масла, глицериновые смеси и др).

Турбулентное течение имеет место в трубопроводах, по которым текут жидкости, имеющие слабые вязкостные свойства (небольшой массовой плотности: бензин, керосин, спирты и кислоты).

Опытами установлено, что R_е,кр зависит от формы поперечного сечения трубы и сос-тояния внутренней поверхности трубы.

Так для труб круглого сечения с гладкими стенками установлено что:

· при R_e < 2320 - режим течения ламинарный;

· при R_e > 4000 - режим течения турбулентный;

· при 2320R_e 4000 - первая переходная зона.

В последней зоне периодически наблюдается то ламинарный, то турбулентный ре-жимы течения.

Режим течения жидкости напрямую влияет на степень гидравлического сопротивле-ния трубопроводов.

4.1.2 Сущность гидравлического сопротивления и его зависимость от режимов течения.

Рис. 4.2 Схема образования гидравлического сопротивления при движении жидкости

Составим уравнение Д. Бернулли для потока жидкости:

Для решения уравнения необходимо определить потери энергии потока между сече-ниями «1-1» и «2-2» — h _1-2

На выделенный объем между сечениями «1-1» и «2-2» действуют силы:

· силы давления Р₁ и Р₂;

· сила веса жидкости G;

· сила трения жидкости по длине трубопровода между сечениями «1-1» и «2-2»

Где

П =

Составим уравнение равновесия объема жидкости между сечениями «1-1» и «2-2»

С учетом движения жидкости в трубопроводе уравнение Д. Бернулли имеет вид:

Условие равномерного движения , а тогда уравнение имеет вид:

Отсюда

-основное уравнение равномерного движения жидкости

Где

τ - касательное напряжения в жидкости, Па

R_r – гидравлический радиус, м;

J -гидравлический уклон.

Это уравнение характеризует равномерное распределение сил трения по длине пото-ка жидкости.

Опытами установлено, что потери энергии при движении жидкости в трубопроводе зависят от режима течения жидкости:

· при ламинарном режиме течения:

· при турбулентном режиме течения:

Где

b- коэффициент учитывающий геометрические размеры труб и вязкие свойства жидкости.

Дата добавления: 2014-01-07