Experiența arată că sunt posibile două moduri sau două tipuri de mișcare de lichide și gaze: laminare și turbulente.
Mișcarea laminară se caracterizează prin mișcarea ordonată a particulelor individuale fără amestecare și fără pulsații de viteze și presiuni. Dacă fluxul unui lichid este laminar într-o conductă dreaptă cu secțiune transversală constantă, atunci toate raționalele sunt paralele cu axa tubului.
Mișcarea turbulentă (erratică) se caracterizează prin amestecarea intensă a particulelor de fluid și prin pulsațiile vitezelor și presiunilor. Separarea particulelor de lichid în mișcare turbulentă are traiectorii fanteziste, deoarece împreună cu deplasarea longitudinală principală a lichidului de-a lungul țevii, există deplasări transversale și mișcarea de rotație a volumelor individuale de lichid.
Existența a două tipuri de mișcări a fost confirmată experimental de O. Reynolds. Pe baza experimentelor, el a stabilit că valoarea vitezei critice este direct proporțională cu vâscozitatea cinematică a lichidului și invers proporțională cu diametrul tubului
unde k este coeficientul de proporționalitate fără dimensiuni, numit numărul critic Reynolds, și este notat cu Recr.
Valoarea Recr depinde de condițiile de intrare în țeavă, rugozitatea pereților, absența sau prezența perturbațiilor inițiale în lichid. convecție, etc. În calcule practice pentru tuburi rotunde cu diametru constant, se presupune Rekr = 2320.
Fluxul laminar este stabil și practic observat la valorile numărului Reynolds
aici este viteza medie a fluidului de-a lungul secțiunii transversale a țevii, m / s; = Q / S (Q este debitul volumetric în m3 / s, S este aria secțiunii transversale a țevii.) Pentru o conductă circulară, S = d2 / 4).
d este diametrul conductei. m; - vâscozitatea cinematică, m
2 / s, vâscozitatea cinematică a apei este determinată de formula empirică
= 0,0175 (1 + 0,0158T) -2. cm2 / s.
La Re> Recr, debitul laminar pierde, iar debitul turbulent dobândește stabilitate și. În cele din urmă, pentru numerele lui Reynolds mai mari decât o anumită valoare a lui Re'kr, se observă o turbulență complet dezvoltată. Interval Rekr flux laminar observat practic în tuburi subțiri (capilare) în lubrifiant care poartă stratul în spațiile libere dintre piston și cilindru, un strat de delimitare lame de pompe, etc. Fluxurile în conductele reale ale celor mai uzuale lichide cu vâscozitate scăzută (apă, benzină, ulei, acizi etc.) sunt, de regulă, turbulente Observațiile arată că în natură există două tipuri diferite de mișcare fluidă: în primul rând, ordonate stratificat sau laminar 1. mișcare, în care straturile de fluid individuale aluneca în raport cu celălalt fără a se amesteca unele cu altele, și, în al doilea rând, dezordonate, sau mișcare turbulentă atunci când particulele de fluid de-a lungul a muta complexul tot timpul ca urmare a schimbării calea și lichidul este o amestecare intensivă. Acesta a fost mult timp cunoscut faptul că vâscozitatea-Kie lichid (ulei) mișcare cea mai mare parte a comanda și lichid cu vâscozitate redusă (apă, aer) - este aproape întotdeauna în ordine. În configurația experimentală Reynolds (Figura 3) un tub de sticlă este conectat la rezervorul de apă. Prin deschiderea parțială a supapei, este posibil ca apa să curgă prin țeavă la viteze diferite. Vopseaua vine de la vasul de-a lungul tubului de la gura țevii. Figura 3. Reynolds instalare Figura 4. Mișcarea fluidului laminar și turbulent La viteze mici de deplasare a apei în conducta nu este erodată vopsit zhayuschey trickle-okra cu apă și are forma unui filament alungit (Figura 4a.) - curgere în acest caz se numește laminar. Prin creșterea vitezei de circulație a apei, pictate fluxuri obținute mai întâi contur ondulat (Figura 4b) și apoi dispar aproape brusc, estomparea întreaga secțiune transversală a conductei și toate colorarea lichid. mișcare fluid devine dezordonat, particulele individuale colorate scatter lichid în diferite sute manual, se ciocnesc unele cu altele, să lovească peretele etc. (Figura 4, c); o astfel de mișcare fluidă este numită turbulentă. Caracteristica principală a mișcării turbulente este prezența transversal pe direcția de mișcare a componentelor vitezei suprapuse asupra ratei de bază în direcția longitudinală. Experimentele Reynolds au arătat că tranziția de la laminar la curgere turbulentă apare la (viteza așa-numita critică) definit divizat viteză, care, cu toate acestea, pentru țevi de diametre diferite variază, crescând odată cu creșterea viscozității și scăderea cu scăderea diametrele tuburilor. În distribuția vitezei de curgere laminară pe secțiunea transversală este parabolic: direct de pereții vitezei sunt egale cu zero, iar creșterile non-continuu și, treptat, cu distanța de la ele, atingând un maxim la axa tubului (figura 5.). Coeficientul de rezistență hidraulică este determinat de formula Stokes # 955; = 64 / Re. In curgerea turbulentă legea de distribuție a vitezei dificile: în majoritatea vitezei secțiunii transversale este doar puțin mai mică decât valoarea maximă (pe axa), dar scade brusc în apropierea valorii vitezei peretelui (. Figura 4.6) Într-un strat foarte subțire, așa-numita graniță vâscoasă sau subnivel. O distribuție mai uniformă a vitezei pe secțiunea transversală pentru mișcarea turbulentă se explică prin prezența amestecului turbulent efectuat de componentele de viteză transversală. Datorită acestei amestecări, particulele cu viteze ridicate în centrul fluxului și la viteze mai mici la periferia sa, care se ciocnesc continuu, își egalizează viteza. La peretele însuși, amestecarea turbulentă este paralizată de prezența limitelor solide și, prin urmare, există o scădere mult mai rapidă a ratei. Figura 6. Distribuția vitezei în mișcare turbulentă în țevi Regim turbulent de curgere, zonă hidraulică de frecare netedă. 2300≤Re≤10 / E; Formula Blasius # 955; = 0.3164 / Re 0.25 Unde E = Re / d este rugozitatea relativă echivalentă a suprafeței interioare a țevilor. Кэ = 0,015 mm (oțel fără sudură nou); Кэ = 0,15 mm (oțel sudat cu coroziune nesemnificativă). Regim de curgere turbulent, zonă de frecare mixtă. 10 / Ke ≤Re≤500 / Ke; Formula Alshoul # 955; = 0,11 (68 / Re + Ke / d) 0,25. Regim turbulent de curgere, zonă de frecare patratică. 500 / Ke ≤ Re; Formula Schiffinson # 955; = 0,11 (Ke) 0,25 Pe baza unor considerații teoretice precum și asupra rezultatelor experimentelor, Reynolds stabilesc condițiile generale în care posibila existență a laminară și mișcare turbulentă a fluidului și tranziția de la un regim la altul. Sa dovedit că starea (modul) a fluxului de lichid în conducta depinde de numărul adimensional care ia în considerare factorii principali care determină mișcarea: medie viteza v, diametrul țevii d, densitatea p fluid și vâscozitatea absolută n. Acest număr (mai târziu a început să fie numit numărul Reynolds) arată astfel: Re = # 965; # 961; d / # 956; = # 965; d / v. diametrul d într-un număr Reynolds poate fi înlocuit cu orice diametru liniar legat de condițiile de curgere sau a debitului (diametrul țevii, diametrul mingea care se încadrează în lichid, lungimea plăcii și Al raționalizate lichid.). Numărul Reynolds, la care tranziția apare de la mișcarea laminară la cea turbulentă, se numește critică și este desemnată Rekr. Pentru Re> Recr, regimul de mișcare este turbulent, cu Re Problema instabilității flux laminar și tranziția către turbulent, precum și cea mai mare Cree-matic Reynolds a fost supus la studii teoretice și experimentale aprofundate, dar până în prezent nu a primit încă o soluție destul de completă. Cel mai adesea în calcule, pentru numărul Reynolds critic, când lichidul din conducte se mișcă, valoarea Studiile efectuate au arătat, de asemenea, că numărul critic de Reynolds crește în tuburile convergente și scade tuburile expandate. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că, prin accelerarea mișcării particulelor de fluid în tuburile conice, tendința lor de amestecare transversală scade, iar atunci când fluxul este încetinit în tuburile de expandare, acesta crește. Prin numărul critic Reynolds, este de asemenea ușor de găsit viteza critică, adică viteza sub care va avea loc întotdeauna mișcarea fluidului laminar: Conductele de încălzire, apă, aer, gaz, etc. Mișcarea este în general turbulent, deoarece se deplasează mediu (apă, aer, gaz, abur) are o vâscozitate redusă. Regimul laminar este posibil numai în țevi cu diametru foarte mic. Mai multe lichide vâscoase, cum ar fi uleiurile, se pot deplasa laminar chiar și în țevi cu diametru mare. Sensul fizic al criteriului Reynolds este raportul dintre factorii turbulenți și factorii liniștitori.
Figura 5. Distribuția vitezelor în timpul fluxului laminar în țevi