Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.

Лекция №7. Режимы течения вязкой жидкости и их характеристики.

Учебные вопросы:

Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости. Опыты О. Рейнольдса. Понятие о подобии физических процессов. Критерий Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса.

Краткая характеристика режимов течения жидкости. Течение Пуазейля. Распределение скоростей по сечению канала при ламинарном и турбулентном режимах. Причины перехода из ламинарного режима течения жидкости в турбулентный режим и обратно.

Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.

Дмитрий Иванович Менделеев 1880 году предположил, а английский физик – экспериментатор Осборн Рейнольдс (в течение семилетних опытов 1876-1883 гг.) установил, что при движении вязкой жидкости в трубах наблюдаются два различных по своим характеристикам устойчивых режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный (lamina) – пластина, слой.

Турбулентный (turbulent) – хаотичный, беспорядочный.

В технике наблюдается, в основном, турбулентный режим.

Опыты О. Рейнольдса. Предположение о существовании двух режимов движения жид­кости было высказано великим русским ученым Д. И. Менделеевым еще в 1880 г. В 1883 г. Особенности режимов движения жидкости были исследованы экс­периментально английским ученым О. Рейнольдсом.

Рис. 9.1. Схема экспериментальной установки, использованной О. Рейнольдсом для исследования существования и особенностей режимов движения жидкости

Рейнольдс пропускал жидкости различной вязкости через стеклянные трубки разного диаметра, ре­гулируя скорость движения воды в них кранами 1 и 5 (рис. 9.1). По тонкой трубке 3 с заостренным концом на выходе в стеклян­ную трубку 4 подводилась окрашенная жидкость из сосуда 2. Средняя скорость в трубке 4 с площадью сечения определялась по объему V воды, поступившей в сосуд 6 за время :

.

Опыты, проводились при постоянном напоре. Для этого была использована сливная труба 7. Опыты показали, что при очень малых скоростях движения воды в трубке 4 краска двигалась в ней в виде тонкой струйки, не перемешиваясь с водой. После увеличения скорости и достижения определенной для данных условий опыта её критического значения движение частиц жид­кости приобретало беспоря­дочный характер. Струйка краски начинала размываться, отчего вся жидкость в трубке быстро окрашивалась.

Таким образом, было показано, что поток жидко­сти в трубке имеет два существенно отличающихся друг от друга устойчивых режима:

1) ла­минарным (параллельно– струйным) без перемешивания слоёв жидкости между собой;

2) турбулентным (беспорядочным), при котором слои жидкости между собой перемешиваются.