Опыты Рейнольдса. Число Рейнольдса. Режимы течения жидкости. Критическое число Рейнольдса для круглых труб.

Рейнольде провел свои опыты, наглядно подтверждавшие гипотезу Менделеева о существовании ламинарного и турбулентного движения жидкости.

Имеют место два различных по своему характеру режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме жидкость движется слоями без поперечного перемешивания, причем пульсации скорости и давления отсутствуют.

При турбулентном режиме слоистость нарушается, движение жидкости сопровождается перемешиванием и пульсациями скорости и давления.

Критерием для определения режима движения является безразмерное число Рейнольдса. Для труб круглого сечения число Рейнольдса определяется по формуле:

Re = υ ·d/ν;

- для потоков произвольного поперечного сечения

ReRг = υ ·Rг /ν;

или

ReRг = υ ·Dг /ν;

где υ — средняя скорость жидкости; d — диаметр трубы; Rг — гидравлический радиус; Dг — гидравлический диаметр; ν — кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Режим будет ламинарным, если

Re < Reкр;

ReR < ReRкр,

и турбулентным, если

Re > Reкр;

ReR > ReRкр,

В выражениях приведенных выше Reкр и ReRкр — критические числа Рейнольдса, для круглых труб обычно принимаемые равными соответственно 2320 и 580.

15. Тече́ ние Пуазёйля — ламинарное течение жидкости через каналы в виде прямого кругового цилиндра или слоя между параллельными плоскостями.

При ламинарном движении жидкости скорость на оси канала примерно в 2 разы выше средней. Тогда кинетическая энергия будет в 4 раза выше. Скоростной напор составит h = 22/(2*10) = 0.2 м

Расчеты показывают, что при одинаковых скоростях, но разных режимах течения кинетические энергии будут отличаться почти в 2 раза. Это потребовало введения поправочного коэффициента – коэффициента Кориолиса. При ламинарном режиме течения (без перемешивания) неравномерность поля скоростей велика и кинетическая энергию будет в 2 раза выше, чем рассчитанная по средней скорости. При турбулентном режиме (с интенсивным перемешиванием, которое выравнивает скорости во всех точках потока) кинетическая энергия практически равна полученной через среднюю скорость.

Ламинарный режим (профиль скорости) Турбулентный режим (профиль скорости)

Уравнение Бернулли приобретает вид:

где a - коэффициент Кориолиса, принимает значения

a = 2 при ламинарном режиме и a = 1 при турбулентном режиме