Основные теоретические положения. Опыты Рейнольдса в 1883 году показали, что переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при скорости (так называемая критическая скорость)

Опыты Рейнольдса в 1883 году показали, что переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при скорости (так называемая критическая скорость), которая для разных диаметров труб оказалась различной, возрастая с увеличением вязкости и уменьшаясь с уменьшением диаметра трубы.

Режим течения определяется значением числа Рейнольдса (2.1), которое характеризует соотношение инерционных сил и сил внутреннего трения (вязкости) в потоке.

(2.1)

где r – плотность потока;

V – скорость потока;

l – характерный размер (для труб – внутренний диаметр);

m – динамический коэффициент вязкости;

n – кинематический коэффициент вязкости.

Граница между ламинарным и турбулентным течениями весьма условна, так как устойчивость течения зависит от многих причин (шероховатости и кривизны поверхности, начальных возмущений и др.). Скорость и число Рейнольдса, при достижении которых происходит переход ламинарного течения в турбулентное, называются соответственно критической скоростью и критическим числом Рейнольдса (2.2).

(2.2)

При значениях Re<Re_кр течение ламинарное, а при Re>Re_кр – турбулентное. Величина критического числа Рейнольдса зависит от ряда обстоятельств: условий входа в трубу, шероховатости стенок трубы, отсутствия или наличия первоначальных возмущений в жидкости, конвекционных потоков и др.

Опыты показывают, что Re_кр=2300…4000 для труб и каналов. При переходе от ламинарного в турбулентное движение число Рейнольдса критическое имеет большую величину (для хорошо закругленного плавного входа оно может быть доведено до 20 000).

Проведенные исследования доказывают, что значение критического числа Рейнольдса увеличивается в сужающихся трубах и уменьшается в расширяющихся. Это объясняется тем, что при ускорении движения частиц в конфузорах (сужающихся каналах) их тенденция к поперечному перемешиванию уменьшается, а при замедленном течении в диффузорах (расширяющихся трубах) усиливается. Таким образом, изменяя продольное ускорение частиц, можно в какой-то степени управлять переходом от ламинарного движения к турбулентному.