Турбулентный режим движения

Характерным признаком турбулентного движения является преобладающее действие динамических сил, во много раз превосходящих силы вязкости. Это происходит при больших числах Re, когда движение становится неустойчивым и случайные возмущения не могут гаситься силами вязкости.

Вначале на некоторых участках ламинарного течения возникают отдельные турбулентные «облачка»; затем, при возрастании скорости, они превращаются в турбулентные «пробки», занимающие все сечение трубы

(такая турбулентность называется перемежающейся); при еще большем повышении скорости наступает полностью развитый турбулентный режим.

Измерения скорости и давления в турбулентном потоке показывают, что они непрерывно пульсируют. Если расположить датчик, непрерывно измеряющий мгновенную скорость (например, в направлении продольной оси х), в какой-либо фиксированной точке потока, то запись его показаний по времени выглядит так, как показано на рис. 4.19. Мгновенная скорость u

при этом складывается из осредненной составляющей скорости и

пульсационнойсоставляющей .

Линии тока в турбулентном потоке, как уже указывалось, расположены

неупорядоченно; они пересекаются между собой, вызывая перемешивание слоев жидкости. В потоке наблюдаются вихревые области, возникающие в различных местах и вновь исчезающие (рис. 4.20).

Так как при турбулентном режиме происходит изменение параметров движения по времени, оно является неустановившимся. Исследования, однако,

показывают, что если осредненные скорости в точках потока по времени не

меняются, поток условно можно считать установившимся и применять к нему

уравнение Бернулли.

Эпюра скоростей турбулентного потока в трубе значительно отличается

от эпюры при ламинарном режиме (рис. 4.21).

Центральная часть сечения А, где осредненные скорости изменяются слабо, называется ядромтурбулентного потока. Примыкающая к стенке

кольцевая зона В, где происходит резкое нарастание скорости от нуля до скорости в ядре, называется пристенным слоем. Непосредственно у стенки имеется очень тонкий слой δ, где движение жидкости близко к ламинарному. Его называют вязким подслоем(некоторые авторы называют его ламинарной

пленкой). Толщина вязкого подслоя весьма мала и составляет 0,001 – 0.3 мм.

Более ровный характер эпюры скоростей в турбулентном потоке объясняется обменом кинетической энергией между слоями жидкости при перемешивании. Коэффициент Кориолиса α зависит от числа Re и изменяется

в пределах от 1,13 при до 1.025 при . При практических

расчетах принимают α = 1.

В трубопроводах систем отопления, вентиляции, теплоснабжения, водоснабжения, газоснабжения режим движения, как правило, турбулентный,

так как движущаяся среда (вода, пар, воздух, газ) имеют малую вязкость.

Так, для газопроводов домовой сети числа Re бывают не ниже 3000, в городских сетях − не ниже 200 000; в вентиляционных системах − не ниже

150 000; в сетях сжатого воздуха − не ниже 400 000; в паропроводах центрального отопления− не ниже 30 000, в паропроводах ТЭЦ достигают

3∙10⁶ −5∙10⁶.

Длина начального участка после входа в трубу, на которой происходит формирование эпюры осредненных скоростей, слабо зависит от числа Re и не превышает (40 – 50)d.