МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ. Структура потоков. Турбулентность. Основные характеристики турбулентных потоков Структура потоков. Турбулентность. Все существующие потоки реальной вязкой жидкости или газа по структуре делятся на ламинарные и турбулентные. При ламинарном (или слоистом) движении подкрашенные струйки жидкости остаются резко выделенными в течение всего времени движения, т.е. отдельные частицы жидкости движутся по примерно одинаковым траекториям. При турбулентном движении отдельные частицы жидкости совершают беспорядочное движение по хаотически изменяющимся и переплетенным траекториям. Турбулентное движение сопровождается интенсивным перемещением частиц жидкости . При ламинарном состоянии среды все параметры течения являются упорядоченными гладкими функциями, как времени, так и пространства. Турбулентное течение имеет, как правило, сложную вихревую структуру. Турбулентность является случайным процессом и для ее описания используют статистические методы [3, 4]. От структуры потока существенно зависят свойства течения. Так, турбулентность повышает интенсивность переноса потоком тепла и вещества, интенсивность передачи механической энергии, ускоряет химические реакции, изменяет сопротивление твердых тел при их обтекании и т.д. Существование двух принципиально различных режимов течения жидкости было установлено в конце 19 века для течений в трубах и каналах. Величиной, определяющей изменение структуры потока, является число Рейнольдса , где V – скорость, характерная для данного движения; l – характерный линейный размер; – кинематическая вязкость жидкости . При движении жидкости в трубах за характерный линейный размер принимают диаметр (или радиус) трубы, а за характерную скорость – скорость на оси трубы. Впервые роль числа Re в формировании структуры потока была установлена в 1883г. О. Рейнольдсом при изучении движения жидкости в круглых трубах. Им было обнаружено, что при изменении числа Re изменяется структура потока (и закон сопротивления). Если число Re < некоторого Reкр, то течение жидкости происходит плавно и подкрашенные частицы жидкости образуют хорошо видимые струйки. При числе Re > Reкр поток становится беспорядочным, а струйки подкрашенной жидкости быстро размываются. В первом случае поток ламинарный, а во втором – турбулентный. Как показали опыты значение Reкр зависит от многих условий (условий входа жидкости в трубу, от формы поперечного сечения трубы, шероховатости внутренних стенок трубы и т.д.). Для круглой цилиндрической трубы наименьшее значение Reкр ? 2200. Критические числа Re для других потоков определяются экспериментально. Основные характеристики турбулентных потоков. Турбулентное движение жидкости или газа характеризуется наличием в потоке флуктуаций скорости V, плотности , температуры T, давления р и других параметров среды. Оно является наиболее распространенной формой движения жидкости или газа. Турбулентность возникает в результате гидродинамической неустойчивости течения, когда число Рейнольдса Re превышает критическое значение. Если в установившемся турбулентном потоке измерять скорость безынерционным датчиком скорости, то мгновенная скорость будет беспорядочно пульсировать около своего среднего значения. Таким образом, турбулентный проток является нестационарным. |