Режимы движения жидкостей. Механизмы ламинарного и турбулентного движения. Гидродинамический пограничный слой.

Re=Wdp/M(мера соотнош между силами вязкости и инерции в движ потоке)

>10000 – турбулентное – не упоряд движ ,при котором отдельные частиц жид жвижутся по запутанным траекториям,в то время как вся масса жид перемещ в одном направлении <2320 –ламинарное – движ при котор все чатиц жид движ по паралельн траекториям.

Wсреднее= 0,,5 Wмакс ламинарное wсред =0,8,,0,5Wмакс-турбулентное .границы между ядром потока турбулентного движения и подслоем ламинарного движения наз погранич динам слоем

2320<Re<10000-переходный режим.

Рейнольдс установил общие условия, при которых возможны существование ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости и переход от одного режима к другому. Оказалось, что состояние (режим) потока жидкости в трубе зависит от безразмерного числа, которое учитывает основные факторы, определяющие это движение: среднюю скорость v, диаметр трубы d, плотность жидкости r и ее абсолютную вязкость m.. Это число (позже оно стало называться числом Рейнольдса) имеет вид:

Диаметр d в числе Рейнольдса может быть заменен любым линейным диаметром, связанным с условиями течения или обтекания (диаметр трубы, диаметр падающего в жидкости шара, длина обтекаемой жидкостью пластинки и др.).

Число Рейнольдса, при котором происходит переход от ламинарного движения к турбулентному, называют критическим и обозначают Reкр. При Re > Reкр - режим движения является турбулентным, при Re < Reкр - ламинарным. Критическое число Рейнольдса зависит от условий входа в трубу, шероховатости ее стенок, отсутствия или наличия первоначальных возмущений в жидкости, конвективных токов и др.

Вопрос о неустойчивости ламинарного движения и о его переходе в турбулентное, а также о величине критического числа Рейнольдса подвергался тщательному теоретическому и экспериментальному изучению, но до сих пор не получил еще достаточно полного решения. Наиболее часто в расчетах принимают для критического числа Рейнольдса при движении жидкости в трубах значение

отвечающее переходу движения жидкости из турбулентного в ламинарное: при переходе движения из ламинарного в турбулентное критическое число Рейнольдса имеет большую величину (для хорошо закругленного плавного входа оно может быть доведено до 20000).

Проведенные исследования показывают также, что критическое число Рейнольдса увеличивается в сужающихся трубах и уменьшается в расширяющихся. Это можно объяснить тем, что при ускорении движения частиц жидкости в сужающихся трубах их тенденция к поперечному перемешиванию уменьшается, а при замедленном течении в расширяющихся трубах усиливается.

По критическому числу Рейнольдса легко можно найти также критическую скорость, т. е. скорость, ниже которой всегда будет происходить ламинарное движение жидкости:

Рассмотрим процесс продольного смывания какого-либо тела безграничным потоком жидкости с постоянной скоростью течения w. Вследствие влияния сил трения в непосредственной близости от поверхности тела скорость течения должна очень быстро падать до нуля. Тонкий слой жидкости вблизи поверхности тела, в котором происходит изменение скорости жидкости от значения скорости невозмущенного потока вдали от стенки до нуля непосредственно на стенке, называется гидродинамическим пограничным слоем. Толщина этого слоя δ возрастает вдоль по потоку.