Два режима движения жидкости

Предположение о существовании двух режимов движения жидкости было высказано великим русским ученым Д. И. Менделеевым еще в 1880 г. В 1883 г. это предположение было подтверждено экспериментально английским ученым О. Рейнольдсом. Рейнольдс пропускал воду через стеклянные трубки разного диаметра, регулируя скорость движения воды в них кранами 1 и 5 (рис. 1.27). По тонкой трубке 3 с заостренным концом ко входу в стеклянную трубку 4 подводилась окрашенная жидкость из сосуда 2. Средняя скорость в трубке 4 площадью сечения щ определялась по объему воды х, поступившей в сосуд 6 за время t:

.

Опыты, проводившиеся при постоянном напоре (для его поддержания была использована сливная труба 7), показали, что при малых скоростях движения воды в трубке 4 краска движется в ней в виде тонкой струйки, не перемешиваясь с водой. После достижения определенной для данных условий опыта средней скорости движения воды, когда движение частиц жидкости приобретает как бы беспорядочный характер, струйка краски начинает размываться, отчего вся вода в трубке окрашивается.

Рис. 23 Схема экспериментальной установки, использованной О. Рейнольдсом для доказательства существования двух режимов движения жидкости

Таким образом, поток жидкости в трубке может характеризоваться двумя режимами: 1) ламинарным (параллельно струйным) и 2) турбулентным (беспорядочным).

Опыты О. Рейнольдса, а также исследования других ученых показали, что основным критерием для определения режима движения жидкости служит безразмерный параметр Re (число Рейнольдса):

(81).

где н — кинематическая вязкость.

Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим переходит в турбулентный, называют критическим. По исследованиям Рейнольдса, Rе_кр=2320. При Rе 2320 движение жидкости происходит при турбулентном режиме. Скорость, соответствующую критическому числу Рейнольдса, называют критической скоростью.

(82).

При безнапорном движении жидкости число Рейнольдса определяют по формуле:

(83).

где R — гидравлический радиус.