post

Ламинарно течение, турбулентен поток, число на Рейнолдс

Ламинарно течение се нарича хидродинамичен режим, при който съседните слоеве в една течност не се смесват, а когато се промени така, че те да се смесват, тогава то се нарича турбулентно течение. Ламинарното може да бъде стационарно или нестационарно, а турбулентното винаги е нестационарно.

Ламинарно течение

ламинарно течение

ламинарно течение

Когато течност се придвижва в тръбопровод с кръгло сечение, потокът мислено може да се раздели на слоеве с цилиндрична форма. Най-външният от тях следва да е в контакт със стените на тръбопровода. Неговите частици са частично или напълно неподвижни поради взаимодействието им с частиците на тръбите.

Скоростта на всеки вътрешен слой е по-висока от тази на предхождащия го външен, като най-висока е тази на централния цилиндър. Токовите линии на всички тези слоеве са успоредни. При ламинарния поток, както беше споменато в началото, слоевете не се смесват, а се плъзгат един спрямо друг.

При ламинарно течение скоростта на частиците в произволно напречно сечение на тръбопровода се променя в зависимост от радиуса на тръбата и слоя, в който се намират.

v = vmax [1- (r2/R2)]

ламинарен поток

скорост на ламинарен поток

vmax е скоростта на частиците по централната ос на тръбата (v център), е радиуса на тръбопровода, е разстоянието от центъра до слоя, чиято скорост се изчислява. Средната скорост на целия ламинарен поток се получава по формулата:

vср = vmax/2

На теория е възможно да съществува ламинарно течение с висока скорост, но на практика само бавните ламинарни потоци запазват своята същност и слоевете им не се смесват. Когато скоростта на движение достигне определени гранични стойности, започва смесване на слоевете на флуида и той преминава от ламинарен в турбулентен режим на течение.

Турбулентно течение и число на Рейнолдс

При турбулентно течение се наблюдава пълен безпорядък на частиците, непрекъсната промяна в траекториите им на движение и завихряне на течността. При него са налице по-големи загуби на енергия, топлинни промени в резултат на по-голямото триене и завишени нива на шум. Скоростта, при която ламинарен поток се превръща в турбулентен се нарича критична скорост.

Като характеристика на хидродинамичния режим е въведена безразмерната величина наречена критерий на Рейнолдс или още число на Рейнолдс. Той е мярка за отношението между инерционната сила и силата на вътрешното триене в потока.

Re= (ρ.vср.d)/μ

В уравнението ρ (ро) е плътността на течността, μ (мю) е динамичният вискозитет, d е диаметърът на тръбопровода, а vср е средната скорост на потока. За потоци в прави тръби с кръгло напречно сечение, критерият на Рейнолдс се характеризира със следните стойности:

ламинарно течение Re < 2300
преходно течение 2300<Re<10 000
турбулентно течение Re>10 000

За всеки вид течение съществува критична стойност на числото Reкр. Когато потокът я надхвърли се изменя неговият хидродинамичен режим. Например до Reкр = 2300  се наблюдава устойчив ламинарен поток. При змиевици и серпантини, критичната стойност на числото на Рейнолдс е по-висока и зависи от отношението между диаметъра на тръбата и този на самата серпентина (d/D). Тя обикновено се определя експериментално.

За потоци, които са в тръбопроводи с различен от кръгъл напречен разрез, се прави допълнително уточнение. В израза за стойността на критерия на Рейнолдс, диаметъра d се замества от еквивалентния диаметър de, който представлява четири пъти хидравличния радиус rx.

rx = f/Π

В уравнението f е напречното сечение на потока, а П е умокрения от него периметър.  За поток с кръгло сечение:

r= πd2/4πd = d/4

за всяко друго сечение: de = 4f/Π;

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *