III.1. Moduri de mișcare ale unui fluid vâscos. Pierderea capului pe lungimea țevii
Numărul lui Reynolds. Experiența arată că, atunci când un fluid vâscos se mișcă în raport cu o suprafață solidă, sunt posibile două modele distincte de flux calitativ. Condițiile pentru existența lor și tranziția reciprocă au fost investigate de Reynolds (1883).
În experimentele lui Reynolds, lichidul curgea din rezervor printr-un tub de sticlă (Figura 8), debitul fiind controlat de o macara. Pentru a observa mișcarea jeturilor, un curent de vopsea Kr a fost introdus în curent.
Experimentele au arătat că, la viteze mici de curgere, fluxul de colorant se întinde de-a lungul tubului sub formă de filament, fără amestecarea cu volume adiacente de lichid. Lichidul se deplasează în straturi, viteza fluxului pe conductă se schimbă ușor. Forța de fricțiune dintre straturi este determinată de formula lui Newton (I.3). Acest regim de curgere a fost numit laminar. *
Dacă viteza fluxului este mai mare decât o anumită viteză critică ucr. o scurgere colorată începe să oscileze și să se estompeze. Discontinuitățile apar în diagrama transversală a vitezelor, vitezele particulelor individuale se schimbă pe măsură ce se mișcă; Pulsările de viteză și presiune apar la un punct fix al debitului. Un astfel de flux se numește turbulent. * * În cazul fluxului turbulent, schimbul de impulsuri. între straturile care se deplasează unul față de celălalt, apare datorită deplasării reciproce a moleculelor individuale, ca în fluxul laminar, dar mult mai mare în comparație cu molecula de particule. Aceasta duce la o creștere a forței de frecare dintre straturi.
Reynolds a arătat că regimul mișcării în țeavă este determinat de magnitudinea relației fără dimensiuni, care a fost denumită în continuare numărul Reynolds Re:
unde D este diametrul țevii; ν este coeficientul cinematic de vâscozitate al fluidului. Conform datelor experimentale, cu Re <2300 течение всегда ламинарное; в этом случае возмущения, вносимые в поток жидкости, затухают из-за действия вязкого трения. При больших значениях числа Рейнольдса внесенные в поток возмущения приводят к потере его устойчивости, наблюдается турбулизация .
Valoarea Rekp = 2300 este numită, prin urmare, numărul critic Reynolds.
Valoarea lui Re poate fi interpretată ca raportul dintre forța de inerție care înclină particula și forța de fricțiune vâscoasă care împiedică o astfel de răsturnare. Creșterea numărului de Reynolds implică o scădere a influenței relative asupra curgerii forței de frecare stabilizatoare la perete. Odată cu realizarea lui Rekr, aceasta duce la pierderea stabilității debitului, discontinuități în diagrama vitezei transversale și apariția pulsațiilor.
Datele experimentate privind pierderea capului. Instalația Reynolds (Figura 8) permite investigarea influenței regimului de curgere asupra pierderii capului în conductă. Ca urmare a măsurării pierderilor hl. asociate cu frecare pe peretele țevii, la debite diferite sa constatat că, cu flux laminar pierderile de presiune sunt proporționale cu viteza de la prima putere și sub turbulent - în măsura de 1,75 la 2. Pentru curgerea turbulentă dezvoltat la debite mari de drept pătratice caracteristic Rezistență: hl
u 2. În consecință, pentru diferite regimuri de curgere, coeficientul de frecare hidraulică λr din formula Darcy depinde de diferiți factori.
Dependența lui λrr de numărul Reynolds și rugozitatea relativă a pereților conductei a fost investigată experimental de către omul de știință german Nikuradze (1933). Configurația experimentală nu diferă fundamental de dispozitivul Reynolds (figura 8). După cum sa măsurat în experimente, hl și u, a fost calculată λmp. Rugozitatea pereților a fost creată prin lipirea nisipului calibrat pe suprafața interioară, diametrul granulelor de nisip D fiind identificat cu înălțimea proeminenței de rugozitate.
Experimentul Nikuradze
unde r este raza țevii, este reprezentată grafic în Fig. 9. Valorile lui Re și λρ sunt reprezentate de-a lungul axelor la o scară logaritmică.
A
În rezistența la curgere turbulentă este, de asemenea, o zonă în care tuburile de diferite rugozități au coeficienți identice de rezistență (linia CD în figura 9.) - rezistenta buna oblastgidravlicheski. În acest caz, o substrat laminar subțire se află între miezul turbulent al fluxului, ocupând cea mai mare parte a secțiunii tubului și peretele. În Fig. 10b, limita sa este arătată printr-o linie punctată. Diagrama de viteză din substratul laminar se transformă la limita sa în diagrama vitezelor medii ale debitului turbulent
Odată cu creșterea vitezei (în creștere Re) subnivel laminară subțiat, proeminențele de rugozitate individuale pătrunde în miezul turbulent al curgerii (fig. 10 c). Însăși natura rezistenței se schimbă. Dacă curgerea laminară și într-o rezistență lină pierdere de curgere au fost legate de frecarea internă în lichid, numirea rugozitate subnivel movile curgeri laminare în jurul lor pentru a forma un vârtej în spatele zonelor de pantă din spate. Presiunea pe panta anterioară a tuberculului este mai mare decât în cea posterioară, iar debitul este inhibat de aceste căderi de presiune. În prezența subnivel laminar resturile care acoperă asperitățile protuberanțe fine, valoarea coeficientului de frecare este determinată de efectul combinat al numărului Reynolds și rugozitatea relativă. Această regiune de rezistență se numește prequadratic.
În cele din urmă, cu o creștere suplimentară a lui Re, substratul laminar se descompune complet (Fig.10, d), λρ devine o funcție doar a înălțimii relative a proeminențelor de rugozitate. Aceasta este regiunea rezistenței patratice.
Trecerea de la o regiune de rezistență la alta este determinată de cantitățile Re și
În condițiile tehnice, rugozitatea țevilor diferă de rugozitatea granulară a experimentelor lui Nikuradze prin contururile mai netede ale tuberculilor și înălțimea lor inegală. Înălțimea medie a proeminențelor de rugozitate este egală cu 0,02 ÷ 0,1 mm pentru țevi din oțel fără sudură, pentru utilizările ușor corodate de 0,1 ÷ 0,4 mm. Rezistența țevilor cu rugozitate naturală a fost studiată în experimente speciale (de exemplu, lucrările FA Shevelev). Un rezumat al datelor care caracterizează debitul în diferite regiuni de rezistență este prezentat în Tabelul. 3.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: