5.4 Ламінарний та турбулентний режими течії рідин (газів)

Є два режими течії рідини (газу): ламінарний і турбулентний. При ламінарному режимі лінії току на перетинаються (рис.5.7,а) і шари рідини (газу) не перемішуються. При турбулентному режимі шари перемішуються, а лінії току перетинаються як між собою, так і самі себе (рис.5.7,б).

Англійський фізик О. Рейнольдс ввів безрозмірний критерій режиму течії (число Рейнольдса)

(5.11)

де V – швидкість течії, ℓ – характерний поперечний розмір труби (діаметр для круглих труб, діагональ для прямокутних), ν – кінематична в’язкість –  , η – коефіцієнт в’язкості,  ρ – густина.

При Rе < 1 режим ламінарний, при Rе > 1 – турбулентний. Слід зауважити, що це не строгий критерій, наприклад, значення  Rе = 1,1 ще не означає, що режим течії турбулентний. Потрібні додаткові дослідження. Але при значенні Rе = 2 можна бути впевненим, що режим течії турбулентний.

При русі тіл в рідинах і в газах на них діють дві сили: 1) сила лобового опору Fл.о. направлена проти швидкості; 2) підіймальна сила перпендикулярна до швидкості руху.

При малих швидкостях сила лобового опору зумовлена в основному силами внутрішнього тертя. При великих швидкостях (точніше при великих числах Рейнольдса) переважну роль грає різниця тисків. Попереду тіла тиск більший, ніж позаду (утворюється розрідження) (рис.5.8). Різниця сил тиску направлена проти швидкості.

Сила лобового опору (5.12)

де S – максимальна площа перерізу тіла площиною, перпендикулярною до вектора швидкості ,

Сх – коефіцієнт лобового опору, величина стала і залежить від форми тіла і напрямку руху (рис.5.9).

З’ясуємо природу виникнення підіймальної или крила літака. Профіль крила роблять асиметричним. Тому швидкість потоку повітря над крилом більша, ніж під ним. Крім того за крилом виникає завихрення повітря з напрямком обертання проти годинникової стрілки (рис.5.10). Ці вихрі відносять певний момент імпульсу. У відповідності з законом збереження моменту імпульсу, навколо крила утворюється циркуляційний потік протилежного напрямку обертання (по годинниковій стрілці). Він утворюється із-за наявності сил в’язкості повітря. Цей циркуляційний потік накладається на основний. Швидкість потоку над крилом зростає, а під ним – зменшується. Згідно з рівнянням Бернуллі (5.6) тиск РВ над крилом буде менший, ніж тиск РН під ним. Різниця тисків і призводить до виникненні підіймальної сили, направленої вгору (точніше в сторону, де швидкість потоку більша).

Аналогічно пояснюється і ефект Магнуса (рис.5.11), який заключається у відхиленні від прямолінійного рух тіла приведеного в обертання. Тіло відхиляється в сторону де основний і циркуляційний потоки співпадають за напрямком.

You must be logged in to post a comment.

Фізика