Основные сведения. Возможны два режима течения жидкости в трубах: ламинарный и турбулентный.

Возможны два режима течения жидкости в трубах: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим течения, или просто ламинарное течение - это слоистое течение без перемешивания жидкости и без пульсации (колебаний) скоростей и давлений в контрольных точках потока.

В частном случае – при ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного проходного сечения – все линии тока (траектории частиц) параллельны оси трубы и, следовательно, прямолинейны. В общем же случае ламинарного течения – форма линий тока определяется конфигурацией стенок, ограничивающих поток.

Турбулентное течение - это течение, сопровождающееся перемешиванием жидкости и пульсациями скоростей и давлений в контрольных точках потока.

При турбулентном течении движение отдельных частиц жидкости является беспорядочным, а их траектории имеют разнообразный вид. Наряду с основным продольным движением частицы жидкости имеют и поперечные перемещения, что и вызывает перемешивание жидкости.

Переход от одного режима течения к другому происходит при определенном соотношении между скоростью течения , диаметром трубы и кинематической вязкостью жидкости . Это безразмерное соотношение, называемое критическим числом Рейнольдса, определяется по формуле

, (4)

где: - критическая скорость, соответствующая критическому числу Рейнольдса при данных и .

Численное значение критического числа Рейнольдса для труб круглого проходного сечения не зависит от диаметра трубы и вязкости жидкости и примерно равно 2300.

Опыты показывают, что этот критерий, характеризующий смену режима течения, имеет одинаковое значение для всех жидкостей и даже газов.

Число Рейнольдса может быть подсчитано не только по критической, но и по фактической средней скорости течения жидкости в данном сечении трубы

. (5)

В этом случае оно будет называться фактическим числом Рейнольдса в данном сечении потока.

Условием существования ламинарного режима течения является неравенство:

, то есть

Это означает, что ламинарный режим имеет место при малых (относительно 2300) числах Рейнольдса, что обычно бывает при малых скоростях, малых диаметрах или больших вязкостях.

При , находящемся в диапазоне от 2300 до 4000, имеет место переходная область между ламинарным и турбулентным режимами, или так называемый не вполне развитый турбулентный режим.

При > 4000 получается обычно турбулентный режим течения.

Физический смысл числа Рейнольдса заключается в том, что это число есть величина пропорциональная отношению сил инерции к силам трения, вызываемым вязкостью. Имеются в виду силы, действующие в потоке жидкости на те или иные ее объемы.

Число Рейнольдса имеет большое значение в гидравлике, так как является основным критерием гидродинамического подобия напорных потоков, т.е. подобия потоков несжимаемой жидкости, которое складывается из геометрического, кинематического и динамического подобия.