Особенности турбулентного режима движения жидкости

Рассмотрим формирование потока при турбулентном движении жидкости в трубопроводе круглого сечения радиусом r_о с плавным входом (рис.5.6).

Рис.5.6

Как и при ламинарном режиме, скорости частиц жидкости при входе в трубопровод имеют почти одинаковые скорости, но процесс формирования эпюры скоростей на начальном участке трубопровода произойдет гораздо быстрее, и эпюра будет существенным образом отличаться от параболы при ламинарном движении.

Ввиду интенсивного перемешивания частиц жидкости эпюра скоростей будет близка к прямоугольнику. Средняя скорость при этом будет равна .

на очень незначительном расстоянии от стенки трубы наблюдается быстрое уменьшение скорости в весьма тонком, так называемом пограничном слое. Вблизи стенки в месте наибольшего уменьшения градиента скорости возрастает влияние сил внутреннего трения и движение носит ламинарный характер, что подтверждено экспериментальными исследованиями.

Наличие пограничного слоя является принципиальным в гидравлике с точки зрения гидравлических потерь. Толщина пограничного слоя определяется по формуле

.

Если (Δ – абсолютная шероховатость), то труба будет гидравлически гладкой, если - труба гидравлически шероховатая.

Внутри пограничного слоя движется основной поток – турбулентное ядро.

Так как турбулентный режим характеризуется перемешиванием жидкости, пульсацией скоростей и давлений, то пульсация скорости в ядре потока на осциллографе представляет собой картину, подобную показанной на рис.5.7.

Величина скорости беспорядочно колеблется около некоторого осредненного по времени значения , поэтому в строгом смысле слова турбулентный режим – движение неустановившееся, но если , движение условно считается установившимся.

Рис.5.7

Длину начального участка можно определить по формуле

. (5.13)

Турбулентный режим обязателен во всех теплообменных аппаратах.