Fotografia przepływu laminarnego

przepływ laminarny- spokojny przepływ cieczy lub gazu bez mieszania. Ciecz lub gaz poruszają się warstwami, które ślizgają się po sobie. Wraz ze wzrostem prędkości warstw lub spadkiem lepkości płynu przepływ laminarny staje się turbulentny. Dla każdej cieczy lub gazu punkt ten występuje przy określonej liczbie Reynoldsa.

Opis

Przepływy laminarne obserwuje się albo w bardzo lepkich cieczach, albo w przepływach występujących przy wystarczająco małych prędkościach, a także w przypadku powolnego przepływu płynu wokół małych ciał. W szczególności przepływy laminarne zachodzą w wąskich (kapilarnych) rurkach, w warstwie smaru w łożyskach, w cienkiej warstwie granicznej, która tworzy się w pobliżu powierzchni ciał, gdy wokół nich opływa ciecz lub gaz itp. Wraz ze wzrostem prędkości tej cieczy przepływ laminarny może w pewnym momencie przejść w nieuporządkowany przepływ turbulentny. W tym przypadku siła oporu ruchu gwałtownie się zmienia. Reżim przepływu płynu charakteryzuje się tak zwaną liczbą Reynoldsa (Odnośnie).

Kiedy wartość Odnośnie mniej niż pewna liczba krytyczna Re kp , zachodzą laminarne przepływy płynu; jeśli Re > Re kp , reżim przepływu może stać się turbulentny . Wartość Re cr zależy od rodzaju rozważanego przepływu. Więc dla przepływu w okrągłe rury Re cr ≈ 2200 (jeśli prędkość charakterystyczna jest średnią prędkością na przekroju, a wielkość charakterystyczna jest średnicą rury). Dlatego dla Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.

Dystrybucja prędkości

Profil uśredniania prędkości:
a - przepływ laminarny
b - przepływ burzliwy

W przypadku przepływu laminarnego w nieskończenie długiej rurze prędkość w dowolnym odcinku rury zmienia się w zależności od Prawo V-V 0 (1 - r 2 /a 2 ), gdzie a - promień rury, r - odległość od osi, V 0 \u003d 2 V sr - osiowa (numerycznie maksymalna) prędkość przepływu; odpowiedni paraboliczny profil prędkości pokazano na ryc. a.

Naprężenie tarcia zmienia się wzdłuż promienia zgodnie z zasadą liniową τ=τ w r/a gdzie τ w = 4μVśr/a - naprężenia tarcia na ściance rury.

Aby przezwyciężyć siły tarcia lepkiego w rurze podczas ruchu jednostajnego, musi wystąpić wzdłużny spadek ciśnienia, zwykle wyrażany przez równość P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2 /2 gdzie P1 oraz P2 - ciśnienie w k.-n. dwa przekroje na odległość ja od siebie nawzajem λ - współczynnik opór w zależności od Odnośnie dla przepływu laminarnego λ = 64/Re .

Badanie właściwości przepływów cieczy i gazów jest bardzo ważne dla przemysłu i użyteczności publicznej. Przepływ laminarny i turbulentny wpływa na szybkość transportu wody, oleju, gazu ziemnego przez rurociągi do różnych celów, wpływa na inne parametry. Nauka hydrodynamiki zajmuje się tymi problemami.

Klasyfikacja

W środowisku naukowym reżimy przepływu cieczy i gazów dzielą się na dwie zupełnie różne klasy:

• laminarny (odrzutowy);
• burzliwy.

Istnieje również etap przejściowy. Nawiasem mówiąc, termin „ciecz” ma szerokie znaczenie: może być nieściśliwy (w rzeczywistości jest to ciecz), ściśliwy (gaz), przewodzący itp.

Tło

Nawet Mendelejew w 1880 roku wyraził ideę istnienia dwóch przeciwstawnych reżimów prądów. Brytyjski fizyk i inżynier Osborne Reynolds zbadał tę kwestię bardziej szczegółowo, kończąc swoje badania w 1883 roku. Najpierw praktycznie, a następnie za pomocą wzorów ustalił, że przy niskiej prędkości przepływu ruch cieczy przybiera kształt laminarny: warstwy (przepływy cząstek) prawie się nie mieszają i poruszają się po równoległych trajektoriach. Jednak po przekroczeniu pewnej wartości krytycznej (dla różne warunki jest inny), zwany liczbą Reynoldsa, zmieniają się reżimy przepływu płynu: strumień odrzutowy staje się chaotyczny, wirowy - to znaczy turbulentny. Jak się okazało, parametry te są również w pewnym stopniu charakterystyczne dla gazów.

Praktyczne obliczenia angielskiego naukowca wykazały, że zachowanie się np. wody silnie zależy od kształtu i wielkości zbiornika (rury, kanału, kapilary itp.), przez który przepływa. W rurach o okrągłym przekroju (takie są używane do montażu rurociągów ciśnieniowych) ich liczba Reynoldsa - wzór jest opisany w następujący sposób: Re \u003d 2300. W przypadku przepływu wzdłuż otwartego kanału jest inaczej: Re \u003d 900 Przy niższych wartościach Re przepływ będzie uporządkowany, w dużym stopniu - chaotyczny.

przepływ laminarny

Różnica między przepływem laminarnym a turbulentnym tkwi w naturze i kierunku przepływu wody (gazu). Poruszają się warstwami bez mieszania i pulsacji. Innymi słowy, ruch jest równomierny, bez nieregularnych skoków ciśnienia, kierunku i prędkości.

Przepływ laminarny cieczy powstaje np. w wąskich organizmach żyjących, kapilarach roślin oraz, w porównywalnych warunkach, w przepływie bardzo lepkich cieczy (olej opałowy przez rurociąg). Aby wizualnie zobaczyć strumień, wystarczy lekko odkręcić kran – woda popłynie spokojnie, równomiernie, bez mieszania. Jeśli kran zostanie zakręcony do końca, ciśnienie w systemie wzrośnie, a przepływ stanie się chaotyczny.

burzliwy przepływ

W przeciwieństwie do przepływu laminarnego, w którym pobliskie cząstki poruszają się po prawie równoległych trajektoriach, turbulentny przepływ płynu jest nieuporządkowany. Jeśli zastosujemy podejście Lagrange'a, to trajektorie cząstek mogą się dowolnie przecinać i zachowywać dość nieprzewidywalnie. Ruchy cieczy i gazów w tych warunkach są zawsze niestabilne, a parametry tych niestabilności mogą mieć bardzo szeroki zakres.

Jak laminarny przepływ gazu zmienia się w turbulentny, można prześledzić na przykładzie smugi dymu z palącego się papierosa w nieruchomym powietrzu. Początkowo cząstki poruszają się prawie równolegle po trajektoriach, które nie zmieniają się w czasie. Dym wydaje się nieruchomy. Potem w jakimś miejscu nagle pojawiają się duże wiry, które poruszają się zupełnie losowo. Te wiry rozpadają się na mniejsze, te na jeszcze mniejsze i tak dalej. W końcu dym praktycznie miesza się z otaczającym powietrzem.

Cykle turbulencji

Powyższy przykład jest podręcznikiem, a z jego obserwacji naukowcy wyciągnęli następujące wnioski:

1. Przepływ laminarny i turbulentny mają charakter probabilistyczny: przejście z jednego reżimu do drugiego nie następuje w ściśle określonym miejscu, ale w dość dowolnym, przypadkowym miejscu.
2. Najpierw pojawiają się duże wiry, których wielkość jest większa niż wielkość pióropusza dymu. Ruch staje się niestabilny i silnie anizotropowy. Duże strumienie tracą stabilność i rozpadają się na coraz mniejsze. W ten sposób powstaje cała hierarchia wirów. Energia ich ruchu jest przenoszona z dużej na małą, a pod koniec tego procesu zanika - rozpraszanie energii następuje w małych skalach.
3. Reżim przepływu turbulentnego to losowy znak: jeden lub drugi wir może znajdować się w całkowicie dowolnym, nieprzewidywalnym miejscu.
4. Mieszanie dymu z otaczającym powietrzem praktycznie nie występuje w reżimie laminarnym, a w reżimie turbulentnym jest bardzo intensywne.
5. Mimo, że warunki brzegowe są stacjonarne, sama turbulencja ma wyraźny charakter niestacjonarny – wszystkie parametry gazodynamiczne zmieniają się w czasie.

Jest jeszcze jeden ważna własność turbulencja: zawsze jest trójwymiarowa. Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę jednowymiarowy przepływ w rurze lub dwuwymiarową warstwę przyścienną, ruch turbulentnych wirów nadal występuje w kierunkach wszystkich trzech osi współrzędnych.

Liczba Reynoldsa: formuła

Przejście od laminarnego do turbulentnego charakteryzuje się tak zwaną krytyczną liczbą Reynoldsa:

Re cr = (ρuL/µ) cr,

gdzie ρ jest gęstością strumienia, u jest charakterystyczną prędkością strumienia; L jest charakterystyczną wielkością przepływu, µ jest współczynnikiem cr jest przepływem przez rurę o przekroju kołowym.

Na przykład dla przepływu o prędkości u w rurze Osborne Reynolds jest używany jako L i wykazał, że w tym przypadku 2300

Podobny wynik uzyskuje się w warstwie przyściennej na płycie. Jako wymiar charakterystyczny przyjmuje się odległość od krawędzi natarcia płyty, a następnie: 3 × 10 5

Pojęcie zaburzeń prędkości

Przepływ laminarny i turbulentny oraz odpowiednio wartość krytyczna liczby Reynoldsa (Re) zależą od większej liczby czynników: od gradientu ciśnienia, wysokości nierówności, natężenia turbulencji w przepływie zewnętrznym, różnicy temperatur , itd. Dla wygody te całkowite czynniki są również nazywane zaburzeniami prędkości , ponieważ mają pewien wpływ na natężenie przepływu. Jeśli to zaburzenie jest niewielkie, może zostać zgaszone przez siły lepkości dążące do wyrównania pola prędkości. Przy dużych zakłóceniach przepływ może stracić stabilność i pojawiają się turbulencje.

Biorąc pod uwagę, że fizyczne znaczenie liczby Reynoldsa jest stosunkiem sił bezwładności do sił lepkości, zaburzenie przepływów jest zgodne ze wzorem:

Re = ρuL/µ = ρu 2 /(µ×(u/L)).

Licznik zawiera podwójną wysokość prędkości, a mianownik jest wartością rzędu naprężenia tarcia, jeśli grubość warstwy granicznej przyjmuje się jako L. Ciśnienie prędkości ma tendencję do niszczenia równowagi i przeciwdziałania temu. Jednak nie jest jasne, dlaczego (lub głowica prędkości) prowadzą do zmian tylko wtedy, gdy są one 1000 razy większe niż siły lepkości.

Obliczenia i fakty

Prawdopodobnie wygodniej byłoby użyć jako prędkości charakterystycznej w Re cr nie bezwzględnej prędkości przepływu u, ale zaburzenia prędkości. W tym przypadku krytyczna liczba Reynoldsa będzie wynosić około 10, to znaczy, gdy zaburzenie ciśnienia prędkości przekracza 5-krotnie naprężenia lepkościowe, przepływ laminarny płynu przechodzi w przepływ turbulentny. Ta definicja Re, zdaniem wielu naukowców, dobrze wyjaśnia następujące eksperymentalnie potwierdzone fakty.

Dla idealnie równomiernego profilu prędkości na idealnie gładkiej powierzchni, tradycyjnie wyznaczona liczba Re cr dąży do nieskończoności, tj. nie obserwuje się w rzeczywistości przejścia do turbulencji. Ale liczba Reynoldsa, określona przez wielkość zaburzenia prędkości, jest mniejsza niż liczba krytyczna, która wynosi 10.

W obecności sztucznych turbulatorów, które powodują wzrost prędkości porównywalny z prędkością główną, przepływ staje się turbulentny przy znacznie niższych wartościach liczby Reynoldsa niż Re cr , określanej z wartości bezwzględnej prędkości. Umożliwia to wykorzystanie wartości współczynnika Re cr = 10, gdzie jako prędkość charakterystyczną stosuje się wartość bezwzględną zaburzenia prędkości spowodowanego powyższymi przyczynami.

Stabilność reżimu przepływu laminarnego w rurociągu

Przepływ laminarny i turbulentny jest charakterystyczny dla wszystkich rodzajów cieczy i gazów w różnych warunkach. W naturze przepływy laminarne są rzadkie i są typowe na przykład dla wąskich przepływów podziemnych w warunkach płaskich. Naukowcy są znacznie bardziej zaniepokojeni tym problemem w kontekście praktycznego zastosowania do transportu wody, ropy, gazu i innych cieczy technicznych rurociągami.

Kwestia stabilności przepływu laminarnego jest ściśle związana z badaniem zaburzonego ruchu przepływu głównego. Ustalono, że podlega wpływowi tzw. małych perturbacji. W zależności od tego, czy z czasem zanikają, czy rosną, główny prąd jest uważany za stabilny lub niestabilny.

Przepływ płynów ściśliwych i nieściśliwych

Jednym z czynników wpływających na laminarny i turbulentny przepływ płynu jest jego ściśliwość. Ta właściwość płynu jest szczególnie ważna przy badaniu stabilności procesów niestacjonarnych z szybką zmianą głównego przepływu.

Badania pokazują, że przepływ laminarny płynu nieściśliwego w rurach cylindrycznych jest odporny na stosunkowo niewielkie zaburzenia osiowo-symetryczne i nieosiowosymetryczne w czasie i przestrzeni.

Ostatnio przeprowadzono obliczenia dotyczące wpływu zaburzeń osiowosymetrycznych na stabilność przepływu w części wlotowej rury cylindrycznej, gdzie przepływ główny zależy od dwóch współrzędnych. W tym przypadku współrzędna wzdłuż osi rury jest uważana za parametr, od którego zależy profil prędkości wzdłuż promienia głównej rury przepływowej.

Wniosek

Pomimo wieków badań nie można powiedzieć, że zarówno przepływ laminarny, jak i turbulentny zostały dokładnie zbadane. Badania eksperymentalne na poziomie mikro stawiają nowe pytania, które wymagają rozsądnego uzasadnienia obliczeń. Charakter badań ma również zastosowanie praktyczne: na świecie ułożono tysiące kilometrów rurociągów wodnych, naftowych, gazowych, produktowych. Im więcej rozwiązań technicznych zostanie wprowadzonych w celu zmniejszenia turbulencji podczas transportu, tym będzie on skuteczniejszy.

Hydrodynamika to najważniejsza gałąź fizyki, która bada prawa ruchu płynów w zależności od warunków zewnętrznych. Ważnym zagadnieniem rozważanym w hydrodynamice jest kwestia określenia przepływu laminarnego i turbulentnego płynu.

Co to jest płyn?

Aby lepiej zrozumieć problem laminarnego i turbulentnego przepływu płynu, należy najpierw zastanowić się, czym jest ta substancja.

Ciecz w fizyce nazywana jest jednym z 3 skupionych stanów materii, która w danych warunkach jest w stanie utrzymać swoją objętość, ale pod wpływem minimalnych sił stycznych zmienia swój kształt i zaczyna płynąć. W przeciwieństwie do ciała stałego, w cieczy nie występują siły oporu wobec wpływów zewnętrznych, które miałyby tendencję do powrotu do pierwotnego kształtu. Ciecz różni się od gazów tym, że jest w stanie utrzymać swoją objętość przy stałym ciśnieniu zewnętrznym i temperaturze.

Parametry opisujące właściwości cieczy

Zagadnienie przepływu laminarnego i turbulentnego determinowane jest z jednej strony właściwościami układu, w którym rozpatrywany jest ruch płynu, az drugiej właściwościami substancji płynnej. Oto główne właściwości płynów:

• Gęstość. Każda ciecz jest jednorodna, dlatego do jej scharakteryzowania używa się tej wielkości fizycznej, która odzwierciedla ilość masy substancji płynnej, która spada na jej objętość jednostkową.
• Lepkość. Wartość ta charakteryzuje tarcie występujące pomiędzy różnymi warstwami płynu podczas jego przepływu. Ponieważ energia potencjalna cząsteczek w cieczach jest w przybliżeniu równa ich energii kinetycznej, powoduje to występowanie pewnej lepkości w dowolnych rzeczywistych substancjach płynnych. Ta właściwość cieczy jest przyczyną utraty energii w trakcie ich przepływu.
• Ściśliwość. Wraz ze wzrostem ciśnienia zewnętrznego każda substancja płynna zmniejsza swoją objętość, jednak dla cieczy ciśnienie to musi być wystarczająco duże, aby nieznacznie zmniejszyć zajmowaną przez nie objętość, dlatego w większości praktycznych przypadków ten stan skupienia uważa się za nieściśliwy.
• Napięcie powierzchniowe. Wartość ta jest określona przez pracę, którą trzeba włożyć, aby utworzyć jednostkę powierzchni cieczy. Istnienie napięcia powierzchniowego wynika z występowania w cieczach sił oddziaływania międzycząsteczkowego i determinuje ich właściwości kapilarne.

przepływ laminarny

Studiując kwestię przepływu turbulentnego i laminarnego, najpierw rozważymy to drugie. Jeśli w przypadku cieczy znajdującej się w rurze na końcach tej rury powstaje różnica ciśnień, wówczas zacznie ona płynąć. Jeśli przepływ substancji jest spokojny, a każda z jej warstw porusza się po gładkiej trajektorii, która nie przecina linii ruchu innych warstw, to mówi się o reżimie przepływu laminarnego. Podczas tego każda cząsteczka cieczy porusza się wzdłuż rury po określonej trajektorii.

Cechy przepływu laminarnego są następujące:

• Poszczególne warstwy płynnej substancji nie mieszają się.
• Warstwy znajdujące się bliżej osi rury poruszają się z większą prędkością niż te, które znajdują się na jej obwodzie. Fakt ten związany jest z występowaniem sił tarcia pomiędzy cząsteczkami cieczy a wewnętrzną powierzchnią rury.

Przykładem przepływu laminarnego są równoległe strumienie wody, które wypływają z prysznica. Jeśli kilka kropel barwnika doda się do przepływu laminarnego, to można zobaczyć, jak są one wciągane do strumienia, który kontynuuje swój płynny przepływ bez mieszania się w masie cieczy.

burzliwy przepływ

Ten tryb zasadniczo różni się od laminarnego. Przepływ turbulentny to przepływ chaotyczny, w którym każda cząsteczka porusza się po dowolnej trajektorii, którą można przewidzieć tylko w początkowym momencie czasu. Tryb ten charakteryzuje się wirami i ruchami kołowymi małych objętości w przepływie płynu. Niemniej jednak, pomimo losowości trajektorii poszczególnych cząsteczek, ogólny przepływ porusza się w określonym kierunku, a prędkość tę można scharakteryzować pewną wartością średnią.

Przykładem przepływu turbulentnego jest przepływ wody w górskiej rzece. Jeśli barwnik zostanie wrzucony do takiego strumienia, to widać, że w początkowym momencie pojawi się strumień, który zacznie doznawać zniekształceń i drobnych zawirowań, a następnie zniknie, mieszając się w całej objętości cieczy.

Od czego zależy przepływ płynu?

Reżimy przepływu laminarnego lub turbulentnego zależą od stosunku dwóch wielkości: lepkości substancji płynnej, która określa tarcie między warstwami płynu, oraz sił bezwładności, które opisują prędkość przepływu. Im bardziej lepka substancja i im mniejsza prędkość przepływu, tym większe prawdopodobieństwo przepływu laminarnego. I odwrotnie, jeśli lepkość płynu jest niska, a prędkość jego ruchu wysoka, wówczas przepływ będzie turbulentny.

Poniżej znajduje się wideo, które wyraźnie wyjaśnia cechy rozważanych reżimów przepływu substancji.

Jak określić reżim przepływu?

Dla praktyki to pytanie jest bardzo ważne, ponieważ odpowiedź na nie jest związana z cechami ruchu obiektów w ośrodku płynnym oraz wielkością strat energii.

Przejście między przepływem laminarnym a turbulentnym można oszacować za pomocą tak zwanych liczb Reynoldsa. Są wielkością bezwymiarową i noszą imię irlandzkiego inżyniera i fizyka Osborne'a Reynoldsa, który pod koniec XIX wieku zaproponował ich wykorzystanie do praktycznego określenia sposobu ruchu płynnej substancji.

Liczbę Reynoldsa (przepływ laminarny i turbulentny cieczy w rurze) można obliczyć za pomocą następującego wzoru: Re = ρ*D*v/μ, gdzie ρ i μ to odpowiednio gęstość i lepkość substancji, v jest średnia prędkość jego przepływu, D to średnica rur. We wzorze licznik odzwierciedla siły bezwładności lub przepływ, a mianownik określa siły tarcia lub lepkość. Z tego możemy wywnioskować, że jeśli liczba Reynoldsa dla rozważanego układu jest duża, to płyn płynie w reżimie turbulentnym i odwrotnie, małe liczby Reynoldsa wskazują na istnienie przepływu laminarnego.

Konkretne znaczenie liczb Reynoldsa i ich zastosowania

Jak wspomniano powyżej, liczbę Reynoldsa można wykorzystać do określenia przepływu laminarnego i turbulentnego. Problem polega na tym, że zależy to od cech systemu, na przykład, jeśli rura ma nierówności na swojej wewnętrznej powierzchni, to turbulentny przepływ w niej wody rozpocznie się przy niższych natężeniach przepływu niż w przypadku gładkiej.

Statystyki wielu eksperymentów wykazały, że niezależnie od układu i charakteru płynu, jeśli liczba Reynoldsa jest mniejsza niż 2000, to występuje ruch laminarny, ale jeśli jest większa niż 4000, wówczas przepływ staje się turbulentny. Wartości pośrednie liczb (od 2000 do 4000) wskazują na obecność reżimu przejściowego.

Te liczby Reynoldsa służą do określania ruchu różnych obiektów technicznych i aparatów w mediach płynnych, do badania przepływu wody przez rury o różnych kształtach, a także odgrywają ważną rolę w badaniu niektórych procesów biologicznych, na przykład ruchu mikroorganizmów w ludzkich naczyniach krwionośnych.

Sekcja jest bardzo łatwa w użyciu. W proponowanym polu wystarczy wpisać żądane słowo, a my podamy listę jego znaczeń. Chciałbym zauważyć, że nasza strona zawiera dane z różnych źródeł - słowników encyklopedycznych, objaśniających, słowotwórczych. Tutaj możesz również zapoznać się z przykładami użycia wprowadzonego słowa.

Co oznacza „przepływ laminarny”?

Słownik encyklopedyczny, 1998

przepływ laminarny

PRZEPŁYW LAMINARNY (z łac. lamina - płyta, pasek) przepływ, w którym ciecz (lub gaz) porusza się warstwami bez mieszania. Istnienie przepływu laminarnego jest możliwe tylko do pewnego, tzw. krytyczny, numer Reynoldsa Recr. Przy Re większym niż wartość krytyczna, przepływ laminarny staje się turbulentny.

przepływ laminarny

(z łac. lamina ≈ płyta), uporządkowany przepływ cieczy lub gazu, w którym ciecz (gaz) porusza się niejako warstwami równoległymi do kierunku przepływu ( Ryż.). L. t. obserwuje się albo w cieczach bardzo lepkich, albo w przepływach występujących przy wystarczająco małych prędkościach, a także w przypadku powolnego przepływu cieczy wokół ciał o małych wymiarach. W szczególności L. t. zachodzą w wąskich (kapilarnych) rurkach, w warstwie smaru w łożyskach, w cienkiej warstwie granicznej, która tworzy się przy powierzchni ciał, gdy przepływa wokół nich ciecz lub gaz itp. wzrost prędkości ruchu danego płynu, L. t. może w pewnym momencie przejść w nieuporządkowany przepływ turbulentny. W tym przypadku siła oporu ruchu gwałtownie się zmienia. Reżim przepływu płynu charakteryzuje się tzw. Liczba Reynoldsa Re. Gdy wartość Re jest mniejsza niż pewna liczba krytyczna Rekp, występuje ciecz L. t.; jeśli Re > Rekp, reżim przepływu może stać się turbulentny. Wartość Recr zależy od rodzaju rozważanego przepływu. Zatem dla przepływu w rurach okrągłych Recr » 2200 (jeśli prędkość charakterystyczna jest średnią prędkością w przekroju, a wymiarem charakterystycznym jest średnica rury). Dlatego dla Rekp< 2200 течение жидкости в трубе будет Л. т. Расход жидкости при Л. т. в трубе определяется Пуазёйля законом.

płynny ruch

Liczne badania eksperymentalne płynów w ruchu umożliwiły ustalenie, że istnieją dwa tryby ruchu płynów. Najbardziej kompletne badania laboratoryjne trybów ruchu cieczy zostały przeprowadzone przez angielskiego fizyka O. Reynoldsa na instalacji (ryc. 10.1) składającej się ze zbiornika wody 1 ,

Ryż. 10.1. Schemat instalacji do demonstracji trybów ruchu płynów

szklana rurka 7 z dźwigiem 8 i statek 4 z wodnym roztworem farby, którą można wprowadzić cienkim strumieniem do szklanej rurki 6 podczas otwierania kranu 5 . Napełnianie naczynia 1 przeprowadzane z kranu 2 z zaworem 3 .

Przy niskich prędkościach przepływu wody farba praktycznie się z nią nie miesza, a warstwowy charakter przepływu cieczy i brak mieszania są widoczne.

Manometr podłączony do rury 7 (nie pokazano tego na schemacie), pokazuje stałość ciśnienia p i prędkość v, brak oscylacji (pulsacji). To tak zwane przepływ laminarny(od łacińskiego słowa blaszka-taśma, pasek), tj. taśma warstwowa.

Wraz ze stopniowym wzrostem natężenia przepływu wody w rurze poprzez otwarcie kranu 8 wzorzec przepływu początkowo się nie zmienia, a następnie, z określoną prędkością, zmienia się gwałtownie. Z przepływającą wodą zaczyna się mieszać strużka farby, zauważalne staje się tworzenie wirów i ruch obrotowy cieczy, w przepływającej wodzie pojawiają się ciągłe pulsacje ciśnienia i prędkości. Prąd staje się, jak to się powszechnie nazywa, burzliwy(od łacińskiego słowa turbulentny- nieuporządkowany).

Jeśli prędkość przepływu zostanie zmniejszona, przepływ laminarny zostanie przywrócony.

Więc, warstwowy nazywa się przepływem warstwowym bez mieszania cząstek płynu oraz bez pulsacji prędkości i ciśnienia. Przy takim przepływie wszystkie linie przepływu płynu są całkowicie określone przez kształt kanału. W przepływie laminarnym w rurze wszystkie linie prądu są skierowane równolegle do osi rury. Przepływ laminarny jest uporządkowany przy stałym ciśnieniu przepływu ściśle ustalonego.Reżim laminarny obserwuje się głównie podczas ruchu cieczy lepkich (oleje, oleje smarowe itp.), a cieczy mniej lepkich, gdy płyną z małymi prędkościami.

burzliwy nazywany jest przepływem, któremu towarzyszy intensywne mieszanie cieczy oraz pulsacja prędkości i ciśnienia. Ruch poszczególnych cząstek okazuje się chaotyczny, nieuporządkowany. Wraz z ruchem osiowym obserwuje się ruch obrotowy i poprzeczny poszczególnych objętości cieczy. To wyjaśnia pulsacje prędkości i ciśnienia. Reynolds stwierdził, że głównymi czynnikami determinującymi charakter ruchu płynu są: średnia prędkość płynu v, średnica rurociągu D i lepkość kinematyczna cieczy n. Biorąc pod uwagę wpływ tych czynników, Reynolds zaproponował cyfrowe bezwymiarowe kryterium wyznaczania reżimu ruchu płynów

Re=v D/n,

gdzie Re jest bezwymiarową liczbą Reynoldsa lub kryterium Reynoldsa.

Znając parametry zawarte po prawej stronie tego wzoru, możesz obliczyć wartość Re.

Prędkość, przy której dla danej cieczy i określonej średnicy rurociągu następuje zmiana trybów ruchu, nazywa krytyczny.

Jak pokazuje doświadczenie, dla rur o przekroju kołowym krytyczna wartość liczby Reynoldsa, przy której rozpoczyna się turbulentny reżim ruchu płynu, wynosi 2320. Zatem kryterium Reynoldsa pozwala ocenić reżim ruchu płynu w rurze. w Re< 2320 - ruch jest laminarny, a dla Re > 2320- burzliwy ruch.