Flux laminar lichidul se numește flux stratificat fără amestecarea particulelor lichide și fără pulsații de viteză și presiune.
Legea distribuției vitezei pe secțiunea transversală a unei țevi rotunde într-un mod de mișcare laminar, stabilită de fizicianul englez J. Stokes, are forma
,
Unde 
,
- pierderea capului pe lungime.
La 
, adică pe axa conductei 
,
.
Cu mișcarea laminară, diagrama vitezei de-a lungul secțiunii transversale a țevii va avea forma unei parabole pătratice.
Modul turbulent de mișcare a fluidului
Turbulent numit flux însoțit de amestecare intensă a lichidului și pulsații ale vitezelor și presiunilor.
Ca rezultat al prezenței vârtejurilor și al amestecării intense a particulelor lichide în orice punct al fluxului turbulent la un moment dat în timp, există o viteză locală instantanee proprie în valoare și direcție. u, iar traiectoria particulelor care trec prin acest punct are un aspect diferit (acestea ocupă poziții diferite în spațiu și au forme diferite). O astfel de fluctuație în timp a vitezei locale instantanee se numește pulsația de viteză. Același lucru se întâmplă cu presiunea. Astfel, mișcarea turbulentă este instabilă.
In medie viteza locala ū – viteza medie fictivă într-un punct dat al fluxului pentru o perioadă de timp suficient de lungă, care, în ciuda fluctuațiilor semnificative ale vitezelor instantanee, rămâne aproape constantă ca valoare și paralelă cu axa curgerii
|
|
|
.P 
o Curgerea turbulentă Prandtl constă din două regiuni: substratul laminarȘi miez turbulent flux, între care se află o altă zonă - strat de tranziție. Combinația dintre un substrat laminar și un strat de tranziție în hidrodinamică este de obicei numită strat limită.
Substratul laminar, situat direct la pereții țevii, are o grosime foarte mică δ , care poate fi determinat prin formula
.
În stratul de tranziție, fluxul laminar este deja perturbat de mișcarea transversală a particulelor și, cu cât punctul este mai departe de peretele conductei, cu atât este mai mare intensitatea amestecării particulelor. Grosimea acestui strat este, de asemenea, mică, dar este dificil de stabilit o limită clară.
Partea principală a secțiunii transversale active a fluxului este ocupată de miezul fluxului, în care se observă amestecarea intensă a particulelor, prin urmare aceasta este cea care caracterizează mișcarea turbulentă a fluxului în ansamblu.
CONCEPTUL DE Țevi HIDRAULICE NETETE ȘI RUDE
P 
suprafața pereților țevilor, canalelor, tăvilor au una sau alta rugozitate. Să notăm înălțimea proeminențelor rugozității cu litera Δ. Se numește valoarea Δ rugozitate absolută, și raportul său față de diametrul țevii (Δ/d) - rugozitate relativă; valoarea reciprocă a rugozității relative se numește netezime relativă(d/Δ).
În funcție de raportul dintre grosimea substratului laminar δ iar înălțimile proeminențelor de rugozitate Δ se disting netedă hidraulicȘi stare brută conducte. Dacă substratul laminar acoperă complet toate proeminențele de pe pereții țevii, de ex. δ>Δ, conductele sunt considerate netede din punct de vedere hidraulic. La δ<Δ трубы считаются гидравлически шероховатыми. Так как значение δ зависит от Re, то одна и та же труба может быть в одних и тех же условиях гидравлически гладкой (при малых Re), а в других – шероховатой (при больших Re).
Prelegerea nr. 9
PIERDERI HIDRAULICE
INFORMAȚII GENERALE.
Atunci când un flux de lichid real se mișcă, apar pierderi de presiune, deoarece o parte din energia specifică a fluxului este cheltuită pentru depășirea diferitelor rezistențe hidraulice. Determinarea cantitativă a pierderii capului h P este una dintre cele mai importante probleme de hidrodinamică, fără a fi rezolvată a cărei utilizare practică a ecuației Bernoulli nu este posibilă:
Unde α – coeficient de energie cinetică egal cu 1,13 pentru flux turbulent și 2 pentru flux laminar; v-viteza medie de curgere; h- o scădere a energiei mecanice specifice a curgerii în zona dintre secțiunile 1 și 2, care apare ca urmare a forțelor interne de frecare.
Pierderea energiei specifice (presiune) sau, așa cum sunt adesea numite, pierderi hidraulice, depind de forma, dimensiunea canalului, viteza de curgere și vâscozitatea lichidului și, uneori, de presiunea absolută din acesta. Vâscozitatea lichidului, deși este cauza principală a tuturor pierderilor hidraulice, nu are întotdeauna un efect semnificativ asupra mărimii acestora.
După cum arată experimentele, în multe, dar nu în toate cazurile, pierderile hidraulice sunt aproximativ proporționale cu viteza de curgere a fluidului la a doua putere, prin urmare, în hidraulică este acceptată următoarea metodă generală de exprimare a pierderilor hidraulice ale înălțimii totale în unități liniare:
,
sau în unități de presiune
.
Această expresie este convenabilă deoarece include coeficientul de proporționalitate adimensional ζ numit factor de pierdere, sau coeficientul de rezistență, a cărui valoare pentru un canal dat este constantă în prima aproximare brută.
Raportul pierderilor ζ, astfel, există un raport dintre capul pierdut și viteza capului.
Pierderile hidraulice sunt de obicei împărțite în pierderi locale și pierderi prin frecare pe lungime.
M 
pierderi naturale energia este cauzată de așa-numita rezistență hidraulică locală, adică. modificări locale ale formei și dimensiunii canalului, determinând deformarea fluxului. Când un fluid trece prin rezistențe locale, viteza acestuia se schimbă și de obicei apar vârtejuri mari. Acestea din urmă se formează în spatele locului în care fluxul se separă de pereți și reprezintă zone în care particulele de fluid se deplasează în principal de-a lungul curbelor închise sau a traiectoriilor apropiate acestora.
Pierderile de presiune locale sunt determinate folosind formula Weisbach, după cum urmează:
,
sau în unități de presiune
,
Unde v- viteza medie in sectiune transversala in conducta in care este instalata aceasta rezistenta locala.
Dacă diametrul țevii și, în consecință, viteza în ea variază de-a lungul lungimii, atunci este mai convenabil să se ia cea mai mare dintre viteze ca viteză de proiectare, adică cea care corespunde diametrului mai mic al conductei.
Fiecare rezistență locală este caracterizată de propria sa valoare a coeficientului de rezistență ζ , care în multe cazuri poate fi considerat aproximativ constant pentru o formă dată de rezistență locală.
Pierderi prin frecare de-a lungul lungimii sunt pierderi de energie care apar în forma lor pură în țevi drepte de secțiune transversală constantă, adică. cu debit uniform, și crește proporțional cu lungimea conductei. Pierderile luate în considerare se datorează pierderilor interne în lichid și, prin urmare, apar nu numai în țevile brute, ci și în țevile netede.
Pierderile de cap prin frecare pot fi exprimate folosind formula generală pentru pierderile hidraulice, adică.
,
cu toate acestea, coeficientul este mai convenabil ζ conectați cu o țeavă relativ lungă l/ d.
Să luăm o secțiune a unei țevi rotunde cu o lungime egală cu diametrul ei și să notăm coeficientul de pierdere cu λ . Apoi pentru toată țeava lungă l si diametrul d. factorul de pierdere va fi în l/ d ori mai mult:
.
Apoi, pierderea de presiune datorată frecării este determinată de formula Weisbach-Darcy:
,
sau în unități de presiune
.
Coeficient adimensional λ numit coeficientul de pierdere prin frecare pe lungime, sau coeficientul Darcy. Poate fi considerat ca un coeficient de proporționalitate între pierderea de presiune datorată frecării și produsul dintre lungimea relativă a conductei și presiunea vitezei.
N 
Este greu de aflat semnificația fizică a coeficientului λ
, dacă luăm în considerare condiția mișcării uniforme într-o țeavă de volum cilindric cu lungime l si diametrul d, adică egalitatea cu zero a sumei forțelor care acționează asupra volumului: forțe de presiune și forțe de frecare. Această egalitate are forma
,
Unde
- efort de frecare pe peretele conductei.
Dacă luați în considerare 
, poți obține
,
acestea. coeficient λ este o valoare proporțională cu raportul dintre efortul de frecare pe peretele conductei și presiunea dinamică determinată de viteza medie.
Datorită constantei debitului volumetric al fluidului incompresibil de-a lungul unei conducte cu secțiune transversală constantă, viteza și energia cinetică specifică rămân, de asemenea, constante, în ciuda prezenței rezistenței hidraulice și a pierderilor de presiune. Pierderea de presiune în acest caz este determinată de diferența dintre citirile a două piezometre.
Prelegerea nr. 10
Laminar este un flux de aer în care fluxurile de aer se mișcă într-o direcție și sunt paralele între ele. Când viteza crește până la o anumită valoare, fluxurile de aer, pe lângă viteza de translație, capătă și viteze în schimbare rapidă perpendiculară pe direcția mișcării de translație. Se formează un flux, care se numește turbulent, adică dezordonat.
Strat limită
Stratul limită este un strat în care viteza aerului se modifică de la zero la o valoare apropiată de viteza locală a fluxului de aer.
Când un flux de aer curge în jurul unui corp (Fig. 5), particulele de aer nu alunecă pe suprafața corpului, ci sunt încetinite, iar viteza aerului la suprafața corpului devine zero. Când se îndepărtează de suprafața corpului, viteza aerului crește de la zero la viteza fluxului de aer.
Grosimea stratului limită se măsoară în milimetri și depinde de vâscozitatea și presiunea aerului, de profilul corpului, de starea suprafeței acestuia și de poziția corpului în fluxul de aer. Grosimea stratului limită crește treptat de la marginea frontală la marginea de fugă. În stratul limită, natura mișcării particulelor de aer diferă de natura mișcării în afara acestuia.
Să considerăm o particulă de aer A (Fig. 6), care este situată între fluxurile de aer cu viteze U1 și U2, datorită diferenței acestor viteze aplicate în puncte opuse ale particulei, aceasta se rotește și cu cât această particulă este mai aproape de suprafața corpului, cu atât se rotește mai mult (unde diferențele de viteză sunt cele mai mari). Când se îndepărtează de suprafața corpului, mișcarea de rotație a particulei încetinește și devine egală cu zero datorită egalității vitezei fluxului de aer și vitezei aerului stratului limită.
În spatele corpului, stratul limită se transformă într-un jet cocurent, care se estompează și dispare pe măsură ce se îndepărtează de corp. Turbulența din urmă cade pe coada aeronavei și îi reduce eficiența și provoacă tremurături (fenomen de bufeting).
Stratul limită este împărțit în laminar și turbulent (Fig. 7). Într-un flux laminar constant al stratului limită, apar doar forțele interne de frecare datorate vâscozității aerului, astfel încât rezistența aerului în stratul laminar este scăzută.
Orez. 5
Orez. 6 Fluxul de aer în jurul unui corp - decelerare a fluxului în stratul limită
Orez. 7
Într-un strat limită turbulent, există o mișcare continuă a fluxurilor de aer în toate direcțiile, ceea ce necesită mai multă energie pentru a menține o mișcare de vortex aleatorie și, drept consecință, creează o rezistență mai mare la fluxul de aer către corpul în mișcare.
Pentru a determina natura stratului limită se utilizează coeficientul Cf. Un corp cu o anumită configurație are propriul său coeficient. Deci, de exemplu, pentru o placă plană, coeficientul de rezistență al stratului limită laminar este egal cu:
pentru un strat turbulent
unde Re este numărul Reynolds, exprimând raportul dintre forțele de inerție și forțele de frecare și determinând raportul dintre două componente - rezistența profilului (rezistența formei) și rezistența la frecare. Numărul Reynolds Re este determinat de formula:
unde V este viteza fluxului de aer,
I - natura dimensiunii corpului,
coeficientul cinetic de vâscozitate al forțelor de frecare a aerului.
Când un flux de aer curge în jurul unui corp, la un anumit punct stratul limită trece de la laminar la turbulent. Acest punct se numește punct de tranziție. Locația sa pe suprafața profilului corpului depinde de vâscozitatea și presiunea aerului, de viteza fluxurilor de aer, de forma corpului și de poziția acestuia în fluxul de aer, precum și de rugozitatea suprafeței. Atunci când creează profile de aripi, designerii se străduiesc să plaseze acest punct cât mai departe posibil de marginea anterioară a profilului, reducând astfel rezistența la frecare. În acest scop, se folosesc profile laminate speciale pentru a crește netezimea suprafeței aripii și o serie de alte măsuri.
Când viteza fluxului de aer crește sau unghiul de poziție al corpului față de fluxul de aer crește până la o anumită valoare, la un anumit punct stratul limită este separat de suprafață, iar presiunea din spatele acestui punct scade brusc.
Ca urmare a faptului că la marginea de fugă a corpului presiunea este mai mare decât în spatele punctului de separare, are loc un flux invers de aer de la o zonă de presiune mai mare la o zonă de presiune mai mică până la punctul de separare, ceea ce presupune separarea. a fluxului de aer de la suprafaţa corpului (Fig. 8).
Un strat limită laminar se desprinde mai ușor de pe suprafața unui corp decât un strat limită turbulent.
Ecuația de continuitate a fluxului de aer
Ecuația de continuitate a unui jet de flux de aer (constanța fluxului de aer) este o ecuație a aerodinamicii care decurge din legile de bază ale fizicii - conservarea masei și a inerției - și stabilește relația dintre densitate, viteză și aria secțiunii transversale. a unui jet de aer.
Orez. 8
Orez. 9
Luând în considerare, se acceptă condiția ca aerul studiat să nu aibă proprietatea de compresibilitate (Fig. 9).
Într-un flux de secțiune transversală variabilă, un al doilea volum de aer curge printr-o anumită perioadă de timp, acest volum este egal cu produsul dintre viteza fluxului de aer și secțiunea transversală F.
Al doilea debit de aer masic m este egal cu produsul dintre cel de-al doilea debit de aer și densitatea p a fluxului de aer al curentului. Conform legii conservării energiei, masa fluxului de aer m1 care curge prin secțiunea I (F1) este egală cu masa m2 a debitului dat care curge prin secțiunea II (F2), cu condiția ca debitul de aer să fie constant:
m1=m2=const, (1,7)
m1F1V1=m2F2V2=const. (1,8)
Această expresie se numește ecuația de continuitate a unui flux de aer al unui curent.
F1V1=F2V2= const. (1,9)
Deci, din formulă este clar că același volum de aer trece prin diferite secțiuni ale fluxului într-o anumită unitate de timp (secundă), dar cu viteze diferite.
Să scriem ecuația (1.9) sub următoarea formă:
Formula arată că viteza fluxului de aer al jetului este invers proporțională cu aria secțiunii transversale a jetului și invers.
Astfel, ecuația de continuitate a fluxului de aer stabilește relația dintre secțiunea transversală a jetului și viteza, cu condiția ca debitul de aer al jetului să fie constant.
Presiunea statică și viteza capului ecuația Bernoulli
aerodinamica avioanelor
Un avion situat într-un flux de aer staționar sau în mișcare față de acesta suferă presiune din partea acestuia din urmă, în primul caz (când fluxul de aer este staționar) este presiune statică, iar în al doilea caz (când fluxul de aer este în mișcare) este presiune dinamică, este mai des numită presiune de mare viteză. Presiunea statică din curent este similară cu presiunea unui lichid în repaus (apă, gaz). De exemplu: apă într-o țeavă, poate fi în repaus sau în mișcare, în ambele cazuri pereții țevii sunt sub presiunea apei. În cazul mișcării apei, presiunea va fi puțin mai mică, deoarece a apărut o presiune de mare viteză.
Conform legii conservării energiei, energia unui flux de aer în diferite secțiuni ale unui curent de aer este suma energiei cinetice a fluxului, energia potențială a forțelor de presiune, energia internă a fluxului și energia poziției corpului. Această sumă este o valoare constantă:
Ekin+Er+Evn+En=sopst (1.10)
Energia cinetică (Ekin) este capacitatea unui flux de aer în mișcare de a lucra. Este egal
unde m este masa aerului, kgf s2m; V-viteza fluxului de aer, m/s. Dacă înlocuim densitatea masei de aer p în loc de masa m, obținem o formulă pentru determinarea presiunii vitezei q (în kgf/m2)
Energia potențială Ep este capacitatea unui flux de aer de a lucra sub influența forțelor de presiune statică. Este egală (în kgf-m)
unde P este presiunea aerului, kgf/m2; F este aria secțiunii transversale a fluxului de aer, m2; S este calea parcursă de 1 kg de aer printr-o secțiune dată, m; produsul SF se numește volum specific și se notează cu v. Înlocuind valoarea volumului specific de aer în formula (1.13), obținem
Energia internă Evn este capacitatea unui gaz de a lucra atunci când temperatura acestuia se modifică:
unde Cv este capacitatea termică a aerului la un volum constant, cal/kg-deg; T-temperatura pe scara Kelvin, K; A este echivalentul termic al lucrului mecanic (cal-kg-m).
Din ecuație este clar că energia internă a fluxului de aer este direct proporțională cu temperatura acestuia.
Energia de poziție En este capacitatea aerului de a lucra atunci când poziția centrului de greutate al unei anumite mase de aer se modifică atunci când se ridică la o anumită înălțime și este egală cu
unde h este modificarea înălțimii, m.
Datorită valorilor mici ale separării centrelor de greutate ale maselor de aer de-a lungul înălțimii într-un flux de aer, această energie este neglijată în aerodinamică.
Luând în considerare toate tipurile de energie în raport cu anumite condiții, putem formula legea lui Bernoulli, care stabilește o legătură între presiunea statică dintr-un flux de aer și presiunea vitezei.
Să considerăm o conductă (Fig. 10) de diametru variabil (1, 2, 3) în care se deplasează fluxul de aer. Manometrele sunt utilizate pentru a măsura presiunea în secțiunile luate în considerare. Analizând citirile manometrelor, putem concluziona că cea mai mică presiune dinamică este indicată de un manometru cu secțiune transversală 3-3. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce conducta se îngustează, viteza fluxului de aer crește și presiunea scade.
Orez. 10
Motivul scăderii de presiune este că debitul de aer nu produce niciun lucru (nu se ia în considerare frecarea) și de aceea energia totală a fluxului de aer rămâne constantă. Dacă considerăm că temperatura, densitatea și volumul debitului de aer în diferite secțiuni sunt constante (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), atunci energia internă poate fi ignorată.
Aceasta înseamnă că în acest caz este posibil ca energia cinetică a fluxului de aer să se transforme în energie potențială și invers.
Când viteza fluxului de aer crește, crește și presiunea vitezei și, în consecință, energia cinetică a acestui flux de aer.
Să substituim valorile din formulele (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) în formula (1.10), ținând cont că neglijăm energia internă și energia de poziție, transformând ecuația ( 1.10), obținem
Această ecuație pentru orice secțiune transversală a unui curent de aer este scrisă după cum urmează:
Acest tip de ecuație este cea mai simplă ecuație matematică Bernoulli și arată că suma presiunilor statice și dinamice pentru orice secțiune a unui flux de aer constant este o valoare constantă. Compresibilitatea nu este luată în considerare în acest caz. Când se ia în considerare compresibilitatea, se fac corecțiile corespunzătoare.
Pentru a ilustra legea lui Bernoulli, puteți efectua un experiment. Luați două coli de hârtie, ținându-le paralele una cu cealaltă la o distanță mică și suflați în golul dintre ele.
Orez. unsprezece
Cearșafurile se apropie. Motivul convergenței lor este că la exteriorul foilor presiunea este atmosferică, iar în intervalul dintre ele, datorită prezenței presiunii aerului de mare viteză, presiunea a scăzut și a devenit mai mică decât atmosferică. Sub influența diferențelor de presiune, foile de hârtie se îndoaie spre interior.
Tuneluri de vânt
O configurație experimentală pentru studierea fenomenelor și proceselor care însoțesc fluxul de gaz în jurul corpurilor se numește tunel de vânt. Principiul de funcționare al tunelurilor de vânt se bazează pe principiul relativității lui Galileo: în loc de mișcarea unui corp într-un mediu staționar, se studiază fluxul de gaz în jurul unui corp staționar în tunelurile de vânt, forțele aerodinamice și momentele care acționează asupra aeronavele sunt determinate experimental, se studiază distribuția presiunii și a temperaturii pe suprafața acesteia, se observă modelul de curgere în jurul corpului și se studiază aeroelasticitatea etc.
Tunelurile de vânt, în funcție de intervalul numerelor Mach M, sunt împărțite în subsonice (M = 0,15-0,7), transonice (M = 0,7-1 3), supersonice (M = 1,3-5) și hipersonice (M = 5-25). ), conform principiului de funcționare - în compresor (acțiune continuă), în care fluxul de aer este creat de un compresor special, și baloane cu presiune crescută, în conformitate cu schema circuitului - în închis și deschis.
Țevile compresoarelor au eficiență ridicată, sunt convenabile de utilizat, dar necesită crearea de compresoare unice cu debite mari de gaz și putere mare. Tunelurile de vânt cu baloane sunt mai puțin economice decât tunelurile de vânt cu compresor, deoarece se pierde o parte de energie la stropitul gazului. În plus, durata de funcționare a tunelurilor de vânt cu baloane este limitată de rezervele de gaz din rezervoare și variază de la zeci de secunde la câteva minute pentru diferite tuneluri de vânt.
Utilizarea pe scară largă a tunelurilor de vânt cu baloane se datorează faptului că acestea sunt mai simple în design și puterea compresorului necesară pentru umplerea baloanelor este relativ mică. Tunelurile de vânt în buclă închisă utilizează o parte semnificativă a energiei cinetice rămase în fluxul de gaz după ce acesta trece prin zona de lucru, crescând eficiența tubului. În acest caz, totuși, este necesară creșterea dimensiunilor totale ale instalației.
În tunelurile de vânt subsonice sunt studiate caracteristicile aerodinamice ale aeronavelor elicoptere subsonice, precum și caracteristicile aeronavelor supersonice în modurile de decolare și aterizare. În plus, sunt folosite pentru a studia fluxul în jurul mașinilor și al altor vehicule terestre, clădiri, monumente, poduri și alte obiecte. Figura prezintă o diagramă a unui tunel de vânt subsonic în buclă închisă.
Orez. 12
1 - fagure 2 - grile 3 - precameră 4 - confuzor 5 - direcția curgerii 6 - piesa de lucru cu modelul 7 - difuzor, 8 - cot cu lame rotative, 9 - compresor 10 - răcitor de aer
Orez. 13
1 - fagure 2 - grile 3 - precamera 4 confuzor 5 piesa de lucru perforata cu model 6 ejector 7 difuzor 8 cot cu palete de ghidare 9 evacuare aer 10 - alimentare cu aer din cilindri
Orez. 14
1 - cilindru de aer comprimat 2 - conductă 3 - clapetă de reglare 4 - grile de nivelare 5 - fagure 6 - grile de deturbulizare 7 - precamera 8 - confuzor 9 - duză supersonică 10 - piesa de lucru cu modelul 11 - difuzor supersonic 12 - difuzor subsonic 13 - difuzor subsonic 13 eliberare
Orez. 15
1 - cilindru de înaltă presiune 2 - conductă 3 - clapetă de control 4 - încălzitor 5 - precamera cu fagure și grile 6 - duză hipersonică axisimetrică 7 - piesa de lucru cu modelul 8 - difuzor hipersonic axisimetric 9 - răcitor de aer 10 - direcția fluxului 11 - alimentare cu aer în ejectoare 12 - ejectoare 13 - obloane 14 - rezervor de vid 15 - difuzor subsonic
Regimul de curgere a fluidului se referă la cinematica și dinamica macroparticulelor lichide, care împreună determină structura și proprietățile fluxului în ansamblu.
Modul de mișcare este determinat de raportul dintre forțele de inerție și frecare în flux. În plus, aceste forțe acționează întotdeauna asupra macroparticulelor lichide atunci când se mișcă în flux. Deși această mișcare poate fi cauzată de diverse forțe externe, cum ar fi gravitația și presiunea. Raportul acestor forțe reflectă , care este un criteriu pentru regimul de curgere a fluidului.
La viteze mici de mișcare a particulelor lichide în flux, predomină forțele de frecare, iar numerele Reynolds sunt mici. Această mișcare se numește laminare.
La viteze mari de mișcare a particulelor lichide într-un flux, numerele Reynolds sunt mari, atunci forțele inerțiale predomină în flux și aceste forțe determină cinematica și dinamica particulelor, acest regim se numește turbulent
Și dacă aceste forțe sunt de aceeași ordine (comensurabile), atunci o astfel de zonă se numește - zona de intercalare.
Tipul de mod influențează în mare măsură procesele care au loc în flux și, prin urmare, dependențele calculate.
O diagramă de instalare pentru a ilustra regimurile de curgere a fluidului este prezentată în figură.
Lichidul din rezervor curge printr-o conductă transparentă printr-un robinet către scurgere. La intrarea în conductă există un tub subțire prin care substanța colorantă intră în partea centrală a fluxului.
Dacă deschideți ușor robinetul, lichidul va începe să curgă prin conductă la viteză mică. Când introduceți un colorant în flux, veți putea vedea cum curge un flux de colorant sub formă de linie de la începutul conductei până la capătul acesteia. Aceasta indică un flux stratificat de lichid, fără amestecare și formare de vortex și predominanța forțelor de inerție în flux.
Acest regim de curgere se numește laminare.
Modul laminar este un flux stratificat de lichid fără particule de amestec, fără viteze și presiuni pulsatorii, fără straturi de amestecare și vârtejuri.
În fluxul laminar, liniile de curgere sunt paralele cu axa conductei, adică. nu există nicio mișcare transversală pe fluxul de fluid.
Regim de curgere turbulent
Pe măsură ce debitul prin conducta din instalația în cauză crește, viteza de mișcare a particulelor lichide va crește. Fluxul de lichid de colorare va începe să oscileze.
Dacă deschideți mai mult robinetul, debitul prin țeavă va crește.
Curgerea lichidului de colorare va începe să se amestece cu fluxul principal, numeroase zone de formare și amestecare vortexuri vor fi vizibile, iar forțele inerțiale vor predomina în flux. Acest regim de curgere se numește turbulent.
Regimul turbulent este un flux însoțit de amestecare intensă, deplasarea straturilor unul față de celălalt și pulsații ale vitezelor și presiunilor.
Într-un flux turbulent, vectorii viteză au nu numai componente axiale, ci și componente normale pe axa canalului.
De ce depinde regimul curgerii fluidului?
Regimul de curgere depinde de viteza de mișcare a particulelor lichide în conducte și de geometria conductei.
După cum sa menționat mai devreme, regimul fluxului de fluid în conductă ne permite să judecăm Criteriul Reynolds, care reflectă raportul dintre forțele de inerție și forțele de frecare vâscoase.
- La numerele Reidolds sub 2300 putem vorbi despre laminare mișcarea particulelor (unele surse indică cifra 2000)
- Dacă criteriul Reynolds este mai mare de 4000, atunci regimul de curgere este turbulent
- Numerele Reynolds între 2300 și 4000 indică regim tranzitoriu curgerea fluidului
Definiția legilor rezistenței și a sensului
Numărul Reynolds critic la laminar
Și regimuri de curgere a fluidelor turbulente
Scopul lucrării și conținutul lucrării
Investigați regimurile fluxului de fluid în conducte, determinați numărul critic Reynolds și caracteristicile rezistenței la mișcarea fluidului prin conductă.
2.2 Scurte informații teoretice
Tipuri de regimuri de curgere
Într-un flux de fluid real, după cum arată numeroase experimente, sunt posibile diferite fluxuri de fluid.
1. Laminare(stratificat) curgere, în care particulele lichide se mișcă în straturile lor fără amestecare. În acest caz, particulele însele din interiorul stratului au o mișcare de rotație (Figura 2.1) datorită gradientului de viteză.
Figura 2.1
Pe măsură ce viteza de curgere a fluidului crește, viteza V crește, în consecință, gradientul de viteză. Mișcarea de rotație a particulelor crește, în timp ce viteza stratului mai îndepărtat de perete crește și mai mult (Figura 2.2), iar viteza straturilor din apropierea peretelui scade și mai mult.
Figura 2.2
În consecință, presiunea hidromecanică crește în straturile din apropierea peretelui (conform ecuației Bernoulli). Sub influența unei diferențe de presiune, particula rotativă este amestecată în grosimea miezului (Figura 2.3), formând al doilea mod de curgere a fluidului - curgere turbulentă.
Figura 2.3
2. Curgere turbulentă lichidul este însoțit de amestecarea intensă a lichidului și pulsația vitezelor și presiunilor (Figura 2.4).
Figura 2.4
Omul de știință german O. Reynolds a demonstrat în 1883 că trecerea de la curgerea fluidului laminar la cel turbulent depinde de vâscozitatea fluidului, de viteza acestuia și de dimensiunea (diametrul) caracteristică a conductei.
Viteza critică, la care fluxul laminar devine turbulent, este egal cu:
Unde K– coeficient de proporționalitate universal (este același pentru toate lichidele și diametrele țevilor); d– diametrul conductei.
Acest coeficient adimensional a fost numit numărul Reynolds critic:
. (2.1)
După cum arată experimentele, pentru lichide 
. Evident, numărul Re poate servi drept criteriu pentru a judeca regimul curgerii fluidului în conducte, deci
la 
flux laminar,
când debitul este turbulent.
La practică laminare curgerea se observă în timpul curgerii lichidelor vâscoase (în sistemele hidraulice și uleioase ale unei aeronave). Turbulent debitul se observă în sistemele de alimentare cu apă și combustibil (kerosen, benzină, alcool).
În sistemele hidraulice, există un alt tip de flux de fluid - regim de curgere de cavitație. Aceasta este mișcarea unui lichid asociată cu o schimbare a stării sale de agregare (transformare în gaz, eliberare de aer și gaze dizolvate). Acest fenomen apare atunci când este local static presiunea scade la presiunea elastică a vaporilor de lichid saturat, adică atunci când 
(Figura 2.5)
Figura 2.5
În acest caz, vaporizarea intensivă și eliberarea de aer și gaze încep în acest punct al fluxului. În flux se formează cavități de gaz („cavitas” – cavitate). Acest flux de fluid se numește cavitație. Cavitație- un fenomen periculos, deoarece, în primul rând, duce la o scădere bruscă a fluxului de fluid (și, în consecință, la o posibilă oprire a motorului în timpul cavitației în sistemul de combustibil) și, în al doilea rând, la bule de gaz, care acționează asupra palelor pompei , distruge-i.
Sistemele de combustibil combate cavitația prin creșterea presiunii în rezervoare sau în sistem folosind pompe de rapel și un sistem de presurizare a rezervorului. Acest fenomen trebuie luat în considerare la proiectarea și construcția sistemelor hidraulice aeronavelor (în special combustibil). Faptul este că din mai multe motive aceste sisteme sunt conectate la atmosferă (sistem de ventilație). Odată cu creșterea altitudinii, presiunea deasupra suprafeței rezervoarelor sistemului scade, prin urmare, presiunea statică în conducte scade. În combinație cu pierderile de presiune la rezistențele locale și o scădere a presiunii statice la debite mari în conducte, există pericolul presiunilor de cavitație.
Fundamentele teoriei fluxului de fluid laminar
În conducte
Fluxul laminar este un flux stratificat strict ordonat și respectă legea frecării a lui Newton:
(2.2)
Să luăm în considerare fluxul laminar constant de lichid într-o țeavă dreaptă rotundă (Figura 2.6), situată orizontal ( 
). Deoarece conducta este cilindrică, atunci 
iar în acest caz ecuația lui Bernoulli va lua forma:
, (2.3)
. (2.4)
Să selectăm în lichid (Figura 2.6) un volum de lichid cu o rază r si lungime l. În mod evident, constanța vitezei va fi asigurată dacă suma forțelor de presiune și frecare care acționează asupra volumului alocat este egală cu zero, adică
. (2.5)
Tensiunile tangenţiale în secţiunea transversală a conductei variază liniar proporţional cu raza (Figura 2.6).
Figura 2.6
Echivalând (2.4) și (2.5), obținem:
sau, integrând din r= 0 la r = r 0, obținem legea distribuției vitezei pe secțiunea transversală a unei țevi rotunde:
. (2.6)
Fluxul fluidului este definit ca dQ = VdS. Înlocuind (2.6) în ultima expresie și ținând cont de faptul că dS = 2prdr, după integrare obținem:
În consecință, debitul fluidului în flux laminar este proporțional cu raza conductei la a patra putere.
. (2.8)
Comparând (2.6) și (2.8), obținem că
. (2.9)
Pentru a determina pierderea de presiune datorată frecării – , determinăm din (2.7):
. (2.10)
Prin urmare,
(2.11)
sau, înlocuind m prin nrȘi g prin qr, primim
(2.12)
Astfel, cu curgerea laminară într-o țeavă rotundă, pierderile de taxe prin frecare sunt proporționale cu debitul fluidului și cu vâscozitatea și invers proporționale cu puterea a patra a diametrului țevii. Cu cât diametrul conductei este mai mic, cu atât este mai mare pierderea de sarcină prin frecare.
Anterior, am convenit că pierderile datorate rezistenței hidraulice sunt întotdeauna proporționale cu pătratul vitezei fluidului. Pentru a obține o astfel de dependență, transformăm în consecință expresia (2.12), ținând cont de faptul că
, A 
.
După transformări adecvate obținem:
, (2.13)
, (2.14)
FLUX LAMINAR(din latină lamina - placă) - un regim de curgere ordonat al unui lichid (sau gaz) vâscos, caracterizat prin absența amestecării între straturile adiacente de lichid. Condițiile în care poate apărea stabil, adică nederanjat de perturbări aleatorii, depinde de valoarea adimensionalului Numărul Reynolds Re. Pentru fiecare tip de flux există un astfel de număr R e Kr, numit critic inferior Numărul Reynolds, care pentru orice Re
O idee despre caracteristicile mișcării liniare este dată de cazul bine studiat de mișcare într-un cilindric rotund. teava Pentru acest curent R e Kr 2200, unde Re=
(
- viteza medie a fluidului, d- diametrul conductei,
- cinematice coeficient vâscozitate, - dinamică coeficient vâscozitatea, - densitatea fluidului). Astfel, un flux laser practic stabil poate apărea fie cu un flux relativ lent al unui lichid suficient de vâscos, fie în tuburi foarte subțiri (capilare). De exemplu, pentru apă (= 10 -6 m 2 / s la 20 ° C) stabil L. t s = 1 m / s este posibil numai în tuburi cu un diametru de cel mult 2,2 mm.
Cu LP într-o țeavă infinit lungă, viteza în orice secțiune a țevii se modifică conform legii -(1 - - r 2 /A 2), unde A- raza conductei, r- distanța față de axă, - viteza axială (numeric maximă) a curgerii; parabolica corespunzătoare. profilul vitezei este prezentat în Fig. A. Tensiunea de frecare variază de-a lungul razei conform unei legi liniare unde = este efortul de frecare pe peretele conductei. Pentru a depăși forțele de frecare vâscoasă într-o țeavă cu mișcare uniformă, trebuie să existe o cădere de presiune longitudinală, de obicei exprimată prin egalitate. P 1 -P 2 
Unde p 1Și p 2- presiunea in kn. două secțiuni transversale situate la distanță l unul de altul - coeficient. rezistenta, in functie de pentru L. t. Al doilea debit de lichid într-o conductă la L.t legea lui Poiseuille. În conductele de lungime finită, L. t descris nu se stabilește imediat și la începutul conductei există o așa-numită. secțiunea de intrare, unde profilul de viteză se transformă treptat în parabolic. Lungimea aproximativă a secțiunii de intrare
Distribuția vitezei pe secțiunea transversală a conductei: A- cu flux laminar; b- în debit turbulent.
Când fluxul devine turbulent, structura curgerii și profilul de viteză se modifică semnificativ (Fig. 6
) și legea rezistenței, adică dependența de Re(cm. Rezistenta hidrodinamica).
În plus față de țevi, lubrifierea are loc în stratul de lubrifiere din rulmenți, lângă suprafața corpurilor care curg în jurul unui fluid cu vâscozitate scăzută (vezi Fig. Strat limită), când un lichid foarte vâscos curge lent în jurul corpurilor mici (vezi, în special, formula Stokes). Teoria teoriei laser este folosită și în viscometrie, în studiul transferului de căldură într-un fluid vâscos în mișcare, în studiul mișcării picăturilor și bulelor într-un mediu lichid, în luarea în considerare a fluxurilor în pelicule subțiri de lichid și în rezolvarea unui număr de alte probleme din fizică și științe fizice. chimie.
Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Mechanics of Continuous Media, ed. a II-a, M., 1954; Loytsyansky L.G., Mecanica lichidului și gazului, ed. a 6-a, M., 1987; Targ S.M., Probleme de bază ale teoriei fluxurilor laminare, M.-L., 1951; Slezkin N.A., Dinamica unui fluid vâscos incompresibil, M., 1955, cap. 4 - 11. S. M. Targ.
