Реферат на тему Режимы течения: ламинарный и турбулентный, число Ренольдтца

Содержание:

Введение 3
1. Ламинарный и турбулентный режим течения жидкости 5
2. Число Рейнольдса и его расчет 12
Заключение 15
Список использованной литературы 17

Введение:

Гидродинамика является важнейшим разделом физики, который изучает законы движения жидкости в зависимости от внешних условий. Важным вопросом, который рассматривается в гидродинамике, является вопрос определения ламинарного и турбулентного течения жидкости.
Жидкостью в физике называют одно из 3-х агрегатных состояний материи, которое при заданных условиях способно сохранять свой объем, но которая при воздействии минимальных тангенциальных сил изменяет свою форму и начинает течь. В отличие от твердого тела, в жидкости не возникают силы сопротивления внешнему воздействию, которые бы стремились вернуть ее исходную форму. От газов же жидкость отличается тем, что она способна сохранять свой объем при постоянном внешнем давлении и температуре.
Каждому человеку, хотя бы раз в жизни приходилось наблюдать за водным потоком в различных естественных и искусственных руслах — реках, каналах, протоках и пр. И любой наблюдатель, даже самый невнимательный, заметит, что в равнинных реках вода размеренно протекает словно единый жидкий массив со спокойной и ровной поверхностью, в горных реках с бешеным ревом несется бурлящим потоком, разбрасывая брызги с кипящей поверхности, взволнованной всплесками перемешивающихся струй.
Движение жидкости, наблюдаемое при больших скоростях, называют турбулентный режим движения жидкости. В этом случае в движении жидкости нет видимой закономерности. Отдельные частицы перемешиваются между собой и движутся по самым причудливым все время меняющимся траекториям весьма сложной формы.
Подвижная вода, словно живое существо, по-разному ведет себя с изменением условий, характеризующих ее путь. Таким же поведением характеризуется не только водный поток, но и поток любой другой жидкости. Почему так происходит, и в какой момент спокойный и размеренный поток вдруг начинает бурлить? Можно ли предсказать поведение потока в тех или иных условиях? На данный вопрос дали исчерпывающий ответ многие ученые, проводившие исследования в области механики жидкостей.
Наблюдательными людьми давно подмечено, что вязкие жидкости (к примеру, масла) движутся большей части упорядоченно, а маловязкие жидкости (вода: бензин, газообразные вещества) — почти о всех случаях неупорядоченным образом. Помимо этого, на характер движения жидкости прямым образом влияет скорость потока — медленно перемещающаяся по руслу жидкость ведет себя спокойно, однако при увеличении ее скорости, и картина может измениться. Однако установить математическую зависимость между характером движения потока и его параметрами долгое время не удавалось никому. Ясность в вопрос о том, как именно будет происходить движение жидкости в тех или иных условиях, была внесена в 1883 году в результате опытов английского физика Осборна Рейнольдса.
Целью данной работы является изучение режима движения потоков жидкости.
Задачи работы:
• Изучить сущность и основные законы ламинарного и турбулентного режимом течения жидкости,
• Рассмотреть число Рейнольдса и специфику его расчета

Заключение:

Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать вывод о том, что под режимом течения жидкости понимают кинематику и динамику жидких макрочастиц, определяющую в совокупности структуру и свойства потока в целом.
Если для жидкости, которая находится в трубе, создать разность давлений на концах этой трубы, то она начнет течь. Если течение субстанции является спокойным, и каждые ее слой перемещается вдоль плавной траектории, которая не пересекает линии движения других слоев, тогда говорят о ламинарном режиме течения. Во время него каждая молекула жидкости перемещается вдоль трубы по определенной траектории.
Особенностями ламинарного течения являются следующие факторы:
• Перемешивания между отдельными слоями текучей субстанции не существует.
• Слои, находящиеся ближе к оси трубы, движутся с большей скоростью, чем те, которые расположены на ее периферии. Этот факт связан с наличием сил трения между молекулами жидкости и внутренней поверхностью трубы.
Турбулентное течение представляет собой хаотический поток, в котором каждая молекула движется по произвольной траектории, которую можно предсказать лишь в начальный момент времени. Для этого режима характерны завихрения и кругообразные движения небольших объемов в потоке жидкости. Тем не менее, несмотря на хаотичность траекторий отдельных молекул, общий поток движется в определенном направлении, и эту скорость можно характеризовать некоторой средней величиной.
Режим движения определяется соотношением сил инерции и трения в потоке. Причем эти силы всегда действуют на жидкие макрочастицы при их движении в составе потока. Хотя это движение может быть вызвано различными внешними силами, к примеру, силами гравитации и давления. Соотношение этих сил отражает критерий Рейнольдса, которое является критерием режима течения жидкости. Число Рейнольдса определяет характер потока: ламинарный, промежуточный или турбулентный. Статистические данные многих экспериментов показали, что независимо от системы и природы текучей субстанции, если число Рейнольдса меньше 2000, то имеет место ламинарное движение, если же оно больше 4000, то поток становится турбулентным. Промежуточные значения чисел (от 2000 до 4000) говорят о наличии переходного режима.
Число Рейнольдса также играет важную роль при изучении некоторых биологических процессов, к примеру, движение микроорганизмов в кровяных сосудах человека.
Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать вывод о том, что в научной среде режимы течения жидкости и газов разделяют на два совершенно разных класса: ламинарные (струйные); турбулентные. Отличие ламинарного течения от турбулентного состоит в характере и направлении водных (газовых) потоков. Они перемещаются слоями, не смешиваясь и без пульсаций. Иными словами, движение проходит равномерно, без беспорядочных скачков давления, направления и скорости.

Фрагмент текста работы:

1. Ламинарный и турбулентный режим течения жидкости
Вопрос ламинарного и турбулентного течение определяется, с одной стороны, свойствами системы, в которой рассматривается движение жидкости, с другой же стороны, характеристиками текучей субстанции. Приведем основные свойства жидкостей:
• Плотность. Любая жидкость является однородной, поэтому для ее характеристики используют эту физическую величину, отражающую количество массы текучей субстанции, которая приходится на ее единицу объема.
• Вязкость. Эта величина характеризует трение, которое возникает между различными слоями жидкости в процессе ее течения. Так как в жидкостях потенциальная энергия молекул приблизительно равна их кинетической энергии, то она обуславливает наличие некоторой вязкости в любых реальных текучих субстанциях. Это свойство жидкостей является причиной потери энергии в процессе их течения.
• Сжимаемость. При увеличении внешнего давления всякая текучая субстанция уменьшает свой объем, однако, для жидкостей это давление должно быть достаточно велико, чтобы незначительно уменьшить занимаемый ими объем, поэтому для большинства практических случаев, это агрегатное состояние полагают несжимаемым.
• Поверхностное натяжение. Эта величина определяется работой, которую необходимо затратить, чтобы образовать единицу поверхности жидкости. Существование поверхностного натяжения обусловлено наличием сил межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, и определяет их капиллярные свойства.
Турбулентность – это трехмерное нестационарное движение, в котором вследствие растяжения вихрей создается непрерывное распределение хаотических пульсаций параметров потока (скорости, давления и т.д.) в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых граничными условиями течения. Другими словами, турбулентное течение – это поток, движение которого беспорядочно во времени и пространстве.
Области приложения для турбулентности бесконечны: авиастроение, автомобилестроение, судостроение — моделирование движения воздуха около самолетов/автомобилей/судов, вентиляция и кондиционирование – моделирование потоков воздуха в комнатах, помещениях, вентиляционных шахтах, салонах самолетов и автомобилей; отдельную обширную область представляет биомеханика – моделирование тока крови в камерах сердца, моделирование течения крови вокруг клапанов сердца и т.д.
Схема установки для наглядной иллюстрации ламинарного режима течения жидкости изображена на рис. 1.