Ламинарное и турбулентное течение жидкости

1.

ЛАМИНАРНОЕ И
ТУРБУЛЕНТНОЕ
ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ.
ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА,
ЕГО ВЛИЯНИЕ НА
ФИЛЬТРАЦИЮ
Подготовил : Студент группы
АМ-22-06
Дмитриев Николай

2.

Введение
Проблема турбулентности признана одной
из самых сложных проблем сегодняшней
макрофизики, особенно проблема
турбулентности вязкой несжимаемой
жидкости. Несмотря на то, что явление
турбулентности впервые исследовано
Рейнольдсом уже более ста лет назад, о
механизмах возникновения турбулентности
до сих пор нет даже качественных
общепринятых представлений.

3.

Турбулентное течение,
развивающееся в сильно
неравновесных системах, характерно
чрезвычайной неустойчивостью,
непредсказуемостью поведения,
беспорядочным изменением скорости,
пульсирующей около среднего
значения. Траектории движения
отличаются сложностью,
хаотичностью и нерегулярностью,
вихревой разно масштабностью.

4.

Цель исследования – выяснить, как происходит
ламинарное и турбулентное течение жидкости,
изучить закон Рейнольдса.
Поставленная цель определила решение
следующих задач:
- изучить режимы движения жидкостей;
- рассмотреть ламинарные и турбулентные
течения в природе и технике;
- проанализировать потери напора и
коэффициент местного сопротивления;
- изучить число Рейнольдса.
Структура исследования. Доклад состоит из
введения, основной части, заключения и списка
использованных источников.

5.

Режимы движения
жидкостей
В природе существуют два
режима движения жидкости:
ламинарный и турбулентный. При
ламинарном режиме частицы
жидкости движутся не
перемешиваясь, образуя
струйчатое (слоистое) движение.
При турбулентном режиме
частицы жидкости наряду с
основным движением
осуществляют поперечные
перемещения, создающие
перемешивание жидкости.
Траектории движения частиц
имеют сложную форму и
пересекаются между собой.

6.

Ламинарный режим имеет место при движении жидкостей большой
вязкости (смазочные масла, мазут, нефть), при фильтрации воды в
порах грунта, при движении крови в кровеносных сосудах.
Турбулентный режим встречается чаще. Течение воды в реках,
каналах, водопроводных трубах является турбулентным.

7.

Так, существует некоторый
диапазон скоростей (переходная
область), в котором при
соответствующих условиях
может быть или ламинарный
режим, или турбулентный.
Однако ламинарный режим в
переходной области неустойчив,
достаточно малейшего
возмущения потока, чтобы он
перешел в турбулентный.

8.

Впервые экспериментальные
исследования о
существовании двух
режимов движения жидкости
и условий их смены были
проведены английским
ученым О.Рейнальдсом,
который в 1883 г.
Опубликовал результаты
своих исследований.

9.

Ламинарные и
турбулентные течения в
природе и технике
Если подсчитать число Рейнольдса для
атмосферных и океанских течений, то
окажется, что они очень велики. Это
указывает на то, что такие течения не
могут быть
Ламинарными. Действительно,
все мы видели, что даже легкий
ветерок заставляет трепетать флаги,
т. е. воздушные потоки
имеют вихревую структуру.

10.

11.

Оказалось, что вихревые системы в
атмосфере Земли бывают двух
видов - циклоны и антициклоны. В
Северном полушарии Земли все
циклоны вращаются против
часовой стрелки, а антициклоны по часовой, в Южном наоборот. Еще четче зона покоя
(полость) выражена у
мелкомасштабных вихрей - смерчей
(торнадо, тромбов).

12.

Потери напора и
коэффициент местного
сопротивления
Гидравлические
потери или гидравлическое
сопротивление — безвозвратные потери
удельной энергии (переход её в теплоту)
на участках гидравлических систем
(систем гидропривода, трубопроводах,
другом гидрооборудовании),
обусловленные наличием вязкого трения.
Хотя потеря полной энергии —
существенно положительная величина,
разность полных энергий на концах
участка течения может быть и
отрицательно.

13.

Гидравлические потери принято
разделять на два вида:
1. Потери на трение по длине —
возникают при равномерном течении, в
чистом виде — в прямых трубах
постоянного сечения, они
пропорциональны длине трубы;
2. Местные гидравлические потери —
обусловлены т. н. местными
гидравлическими сопротивлениями —
изменениями формы и размера канала,
деформирующими поток. Примером
местных потерь могут служить:
внезапное расширение трубы, внезапное
сужение трубы, поворот, клапан и т. п.

14.

Таким образом, коэффициент
местного сопротивления (КМС) безразмерный показатель который
характеризует сопротивление
оказываемое потоку на
определенном элементе
трубопровода (на сужении, на
задвижки, повороте и пр.) Это
вызывает потери удельной энергии
потока (напора). Чем выше
коэффициент сопротивления, тем
выше будут потери напора на этом
участке.

15.

Число Рейнольдса
Осборн Рейнольдс (1842—1912) —
ирландский учёный и инженер,
работавший в области гидромеханики и
гидравлики, основные труды которого
были связаны с теориями
динамического течения вязкой жидкости
и турбулентности. Во время
экспериментов он получил
безразмерную величину,
характеризующую поток жидкости или
воздуха, названную впоследствии
числом Рейнольдса.

16.

На практике в большинстве случаев (движение воды в трубах, каналах,
реках) приходится иметь дело с турбулентным режимом. Ламинарный
режим встречается реже. Он наблюдается, например, при движении в
трубах очень вязких жидкостей, что иногда имеет место
в нефтепроводах, при движении жидкости в очень узких трубках и порах
естественных грунтов.

17.

18.

Гидравлический расчет трубопроводов при
движении нефтегазовых смесей
Основная задача, возникающая при
гидравлическом расчете трубопроводов,
транспортирующих нефтегазовые смеси, определение перепадов давления.
На рисунке указаны структуры
газожидкостных потоков в горизонтальных
трубах, где: а - пузырьки газа в верхней
образующей; б - начало образования
газовых пробок; в - разделенная
структура; г - пробково-диспергированная;
д - пробковая; е - пленочнодиспергированная.

19.

Заключение
Подводя итоги
исследования, мы пришли к
выводу, что ламинарный
режим течения реализуется
при значениях числа
Рейнольдса меньше
критического, а
турбулентный режим - при
значениях числа
Рейнольдса больше
критического.

20.

Список использованных источников
1. Шейпак, А.А. Гидравлика и гидропневмопривод [Текст]: учебное пособие для вузов
/А.А. Шейпак. - М.: МГИУ, 2003. - 192 с.
2. Некрасов, Б.Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах [Текст]:
учебное пособие для вузов /Б.Б. Некрасов, Н.Я. Фабрикант, А.С. Шифрин. - М.:
Машиностроение, 1967. - 368 с.
3. Вильнер, Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
[Текст]: под общ. ред. Б. Б. Некрасова /Я.М. Вильнер, Я.Т. Ковалев, Б.Б. Некрасов. - Мн.:
Вышэйшая школа, 1985. - 382 с.
4. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы [Текст]: учебник для
машиностроительных вузов /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. - М.:
Машиностроение, 1982. - 423 с.
5. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. – М.:
Наук, 1966.