Режимы течения жидкостей в трубах

Опыты демонстрируют, что вероятны два режима либо два вида течения жидкостей (также газов) в трубах: ламинарное и турбулентное.

Ламинарное течение - это слоистое течение без смешивания частиц воды и без пульсаций скорости.

При таком течении все полосы тока полностью определяются формой русла, по которому течет жидкость. При ламинарном течении воды в Режимы течения жидкостей в трубах прямой трубе неизменного сечения все полосы тока ориентированы параллельно оси трубы, т.е. прямолинейны; отсутствуют поперечные перемещения частиц воды, а поэтому не происходит смешивания воды в процессе ее течения. Пьезометр, присоединенный к трубе с установившимся ламинарным течением, указывает неизменность давления (и скорости) во времени, отсутствие колебаний (пульсаций). Таким макаром Режимы течения жидкостей в трубах, ламинарное течение является полностью упорядоченным и при неизменном напоре строго установившимся течением (хотя в общем случае может быть и неустановившимся).

Но ламинарное течение нельзя считать безвихревым, потому что в нем хотя и нет ярко выраженных вихрей, но сразу с поступательным движением имеет место упорядоченное вращательное движение отдельных частиц воды вокруг собственных моментальных Режимы течения жидкостей в трубах центров с полностью определенными угловыми скоростями.

Турбулентное течение - это течение, сопровождающееся насыщенным смешиванием воды и пульсациями скоростей и давлений.

При турбулентном течении полосы тока только приблизительно определяются формой русла. Движение отдельных частиц оказывается неупорядоченным, линии движения тотчас имеют вид замудренных кривых. Разъясняется это тем, что при Режимы течения жидкостей в трубах турбулентном течении вместе с главным продольным перемещением воды повдоль русла имеют место поперечные перемещения и вращательное движение отдельных объемов воды.

Обозначенные режимы течения воды можно следить на последующем приборе (рис. 4.1). Он состоит из резервуара А с водой, от которого отходит стеклянная труба В с краном С на конце, и сосуда Режимы течения жидкостей в трубах D с аква веществом той либо другой краски, которая может по трубке F вводиться узкой струйкой вовнутрь стеклянной трубы В.

Если незначительно приоткрыть кран С и тем дать возможность воде протекать в трубе с маленький скоростью, а потом при помощи крана Е впустить краску в поток воды, мы увидим, что введенная Режимы течения жидкостей в трубах в трубу краска не будет перемешиваться с потоком воды. Струйка краски будет ясно видна повдоль всей длины стеклянной трубы, что будет указывать на слоистый нрав течения воды и на отсутствие смешивания. Это ламинарный режим течения.

Рис. 4.1. Устройство для демонстрации режимов течения.

По мере открывания крана С, скорость течения Режимы течения жидкостей в трубах воды в трубе увеличивается, но картина течения сначала не изменяется; и только при определенной скорости потока наступает резвое изменение режима течения. Струйка краски по выходе из трубки начинает колебаться, потом размываться и перемешиваться с потоком воды, при этом оказываются видными вихреобразования и вращательное движение воды. Режим течения Режимы течения жидкостей в трубах становится турбулентным (см. рис. 4.1 вверху).

Если потом опять уменьшить скорость течения, то снова восстановится ламинарный режим.

Смена режима течения данной воды в трубе происходит при определенной скорости течения, которую именуют критичной (vкp). Как демонстрируют опыты, значение этой скорости прямо пропорционально кинематическому коэффициенту вязкости (n) и назад пропорционально поперечнику трубы (d Режимы течения жидкостей в трубах), т.е.

vкр=kn/d

Оказывается, что входящий сюда безразмерный коэффициент пропорциональности k имеет универсальное значение, т.е. схож для всех жидкостей и газов и всех поперечников труб.

Это значит, что смена режима течения происходит при полностью определенном соотношении меж скоростью, поперечником и вязкостью n, равном

k=vкр/n.

Это безразмерное число Режимы течения жидкостей в трубах именуется критичным числом Рейнольдса по имени британского ученого, который установил этот аспект, и обозначается

(4.1)

Как демонстрируют опыты, критичное число Рейнольдса примерно равно 2300.

Но можно гласить не только лишь о критичном числе Reкр, соответственном смене режима, да и о фактическом числе Рейнольдса для того либо другого потока и выражать его через фактическую Режимы течения жидкостей в трубах скорость, т.е.

Таким макаром, мы получаем аспект, позволяющий судить о режиме течения воды в трубе. При значениях числа ReReкр течение обычно турбулентное.

Зная скорость течения воды, поперечник трубы и вязкость воды, можно расчетным методом найти режим течения воды, что очень принципиально для следующих гидравлических расчетов.

Ламинарные течения Режимы течения жидкостей в трубах на практике встречаются в тех случаях, когда по трубам движутся очень вязкие воды, к примеру, смазочные масла, глицериновые консистенции и др.

Турбулентное течение обычно имеет место в водопроводах, также в трубах, по которым движутся бензин, керосин, спирты и кислоты. Таким макаром, на самолете приходится сталкиваться как с ламинарным Режимы течения жидкостей в трубах, так и с турбулентным режимами течения жидкостей в трубах; в самолетных маслосистемах и гидропередачах режим течения в большинстве случаев ламинарный, а в топливных системах - турбулентный.

Смена режимов течения при достижении числа Reкр разъясняется тем, что один режим течения теряет устойчивость, а другой ее приобретает. При Re

При Re>Reкр, напротив, турбулентный режим устойчив, а ламинарный - неустойчив.

В связи с этим критичное число Reкр Режимы течения жидкостей в трубах, соответственное переходу от ламинарного режима к турбулентному, может получиться несколько больше, чем Reкр для оборотного перехода. В особенных лабораторных критериях при полном отсутствии причин, содействующих турбулизации потока, удается получить ламинарный режим при числах Re, существенно огромных Reкр. Но в этих случаях ламинарное течение оказывается так неуравновешенным, что довольно, к Режимы течения жидкостей в трубах примеру, маленького толчка, чтоб ламинарный поток стремительно перевоплотился в турбулентный. На практике, в особенности в самолетных трубопроводах, мы обычно имеем условия, содействующие турбулизации, - вибрация труб, местные гидравлические сопротивления, неравномерность (пульсации) расхода и пр., а поэтому обозначенное событие имеет в гидравлике быстрее принципное значение, чем практическое.

Вопрос об стойкости ламинарного режима течения Режимы течения жидкостей в трубах и о механизме турбулизации на теоретическом уровне еще пока на сто процентов не решен. Но исследования демонстрируют, что в данном сечении цилиндрической трубы турбулизации содействуют такие причины, как расстояние от стены, величина скорости и ее поперечного градиента dv/dy. Наибольшее расстояние от стены и большая скорость имеют место в Режимы течения жидкостей в трубах центре потока, но там равен нулю градиент dv/dy. У стены, напротив, градиент скорости больший, а скорость и расстояние y меньшие либо даже равны нулю. Потому исходная турбулизация ламинарного потока в прямой трубе неизменного сечения начинается кое-где в промежутке меж осью трубы и стеной, но Режимы течения жидкостей в трубах все таки поближе к стене.

В трубах переменного сечения турбулизация потока происходит не так, как в цилиндрической трубе. В расширяющихся трубах наблюдается замедление течения, усиливается тенденция к поперечному смешиванию и значение Reкр миниатюризируется. В сужающихся трубах происходит ускорение течения и выравнивание скоростей по сечению, тенденция к смешиванию миниатюризируется, а значение Режимы течения жидкостей в трубах Reкр возрастает.


rezhim-osvoeniya-uchebnih-navikov.html
rezhim-pitaniya-pri-trenirovochnom-sbore.html
rezhim-potrebleniya-pitevoj-vodi.html