Iii
III.1. Viszkózus folyadék mozgásának módjai. Fejvesztés a cső hosszán
Reynolds szám. A tapasztalat azt mutatja, hogy amikor egy viszkózus folyadék egy szilárd felülethez képest mozog, két minőségi szempontból különálló áramlási mintázat lehetséges. A létezésük és a kölcsönös átmenet feltételeit Reynolds (1883) tanulmányozta.
Reynolds kísérletei során a folyadék egy üvegcsőn keresztül kifolyott a tartályból (8. ábra), az áramlási sebességet daru vezérelte. A fúvókák mozgásának megfigyeléséhez egy Kr színezék áramát vezettük be a patakba.
A kísérletek azt mutatták, hogy alacsony áramlási sebesség esetén a festékáram a szálak szálában lévő folyadékmennyiséggel való összekeverése nélkül terjed a cső mentén. A folyadék rétegekben mozog, az átfolyási sebesség a cső mentén változik. A rétegek közötti súrlódási erőt Newton-féle képlet (I.3.) Határozza meg. Ezt az áramlási rendszert laminárisnak neveztük. *
Ha az áramlási sebesség nagyobb, mint egy bizonyos kritikus sebesség ucr. egy színes csepegés kezd oszcillálni és elmosódni. A sebességek keresztirányú ábráján diszkontinuitások jelennek meg, az egyes részecskék sebessége változik, ahogy mozognak; A sebesség és a nyomás pulzái az áramlás rögzített pontján jelennek meg. Az ilyen áramlást turbulensnek nevezik. * * A turbulens áramlás, a lendület cseréje. a rétegek között egymáshoz képest mozgó rétegek között a molekulák egymástól való elmozdulása miatt, mint a lamináris áramlásban, de sokkal nagyobbak a részecskék molekuláihoz képest. Ez a rétegek közötti súrlódási erő növekedéséhez vezet.
Reynolds azt mutatta, hogy a csőben fellépő mozgási rendet a dimenzió nélküli kapcsolat nagysága határozza meg, amelyet később Reynolds számnak neveztek. Re:
ahol D a cső átmérője; ν a folyadék kinematikus viszkozitási együtthatója. A kísérleti adatok szerint a Re <2300 течение всегда ламинарное; в этом случае возмущения, вносимые в поток жидкости, затухают из-за действия вязкого трения. При больших значениях числа Рейнольдса внесенные в поток возмущения приводят к потере его устойчивости, наблюдается турбулизация .
Ezért a Rekp = 2300 értéket kritikus Reynolds-számnak hívják.
A Re értékét úgy értelmezhetjük, hogy a részecske és a viszkózus súrlódási erő között a tehetetlenségi erő aránya megakadályozza az ilyen átfordulást. A Reynolds-szám növekedése csökkenti a falon lévő stabilizáló súrlódási erő áramlásának viszonylagos befolyását. A Rekr elérésével ez az áramlási stabilitás csökkenését, a keresztirányú sebesség diagram diszkontinuitását és a pulzációk megjelenését eredményezi.
A kísérleti adatok a nyomásveszteség. Szerelési Reynolds (8.) Lehetővé teszi, hogy vizsgálja meg a hatása a vízjárás a nyomásveszteség a cső. Ennek eredményeként a mérési hl veszteségeket. társított súrlódás a csőfal különböző áramlási sebességek azt találtuk, hogy a lamináris áramlás nyomásveszteség arányos a sebesség, hogy az első elektromos, és a turbulens - a mértéke 1,75 2. A kifejlesztett turbulens áramlás nagy áramlási sebességek mellett jellemző kvadratikus törvény ellenállás: hl
u 2. Ennek megfelelően különböző áramlási rendszerek esetén a Darcy-képlet hidraulikus súrlódási együtthatója λr különböző tényezőkön alapul.
Az λrr függését a Reynolds-számról és a cső falainak viszonylagos érdességéről kísérletileg a Nikuradze német tudós (1933) vizsgálta. A kísérleti beállítás alapvetően nem különbözött a Reynolds készüléktől (8. A kísérletek során megmértük a hl és u, λmp értékeket. A falak durvaságát úgy hozták létre, hogy a kalibrált homokot a belső felületre ragasztották, és a homokszemcsék átmérőjét Δ az érdességi kiemelkedés magasságával azonosították.
A Nikuradze-kísérlet
ahol r a cső sugara, grafikusan ábrázolva a 2. ábrán. 9. A Re és λρ értékeit a tengely mentén logaritmikus skálán ábrázoljuk.
A
A turbulens áramlás esetén van egy ellenállási tartomány is, amelyben a különböző érdességű csövek azonos ellenállási együtthatókkal rendelkeznek (egyenes CD a 9. ábrán), hidraulikusan sima ellenállású terület. Ebben az esetben egy vékony lamináris alréteg található az áramlás turbulens magja között, amely a csőszakasz és a fal nagy részét elfoglalja. Az 1. ábrán. A 10b. Ábrán a határvonalat egy szaggatott vonal mutatja. A lamináris alréteg sebességi diagramja a határvonalon a turbulens áramlás átlagolt sebességének diagramjára transzformálódik
Növekvő sebességgel (növekvő Re) lamináris alréteget vékonyított, egyedi érdesség kiemelkedések behatolhat a turbulens lényege az áramlás (ábra. 10 c). Ez megváltoztatja a természete az ellenállást. Ha a lamináris áramlás és a sima áramlási veszteséget ellenállást kötődtek belső súrlódás a folyadék, a jelölést érdesség halmok lamináris alréteg áramlik körülöttük hogy örvény mögött a hátsó lejtős területeken. A nyomás az első lejtőn a kidudorodás nagyobb, mint a háttér, és az áramlás lefékezi ezeket a nyomáskülönbség. A maradékanyagok jelenléte lamináris alréteg, amely a finom kiemelkedések érdesség, súrlódási együttható értékét határozza meg a kombinált hatása a Reynolds-szám és a relatív érdesség. Ez a terület az úgynevezett rezisztencia dokvadratichnoy.
Végül Re újabb növekedésével a réteges aljzat teljesen lebomlik (10. ábra, d), λρ csak az érdességi kiemelkedések relatív magasságának függvényévé válik. Ez a kvadratikus ellenállás területe.
A rezisztencia egyik régiójáról a másikra való áttérést a Re és a
Technikai szempontból csövek durvaságot, különböző kísérletekből származó Nikuradse szemcsés érdesség több tubercles sima kontúrok és azok egyenlőtlen magasságát. Az átlagos magassága a nyúlványok egyenlő a durvasága varrat nélküli acélcső 0,02 ÷ 0,1 mm, A használt enyhén korrodált, - 0,1 ÷ 0,4 mm. Ellenállás csövek természetes érdesség vizsgáltuk külön kísérletek (pl, F. A. Sheveleva). az adatok összefoglalása, jellemző az áramlás különböző területein az ellenállás táblázat tartalmazza. 3.