Физическият смисъл на номера на Рейнолдс
Физическият смисъл на номера на Рейнолдс е поток смяна на режима на течности. В момента, няма строго научно доказано обяснение за това явление, но най-надеждна хипотеза са следните: смяна на режимите на флуидни потоци, определени от отношението на инерционните сили, за да вискозни сили в потока на течности. Ако доминира първото, тогава режимът турболенция, ако е второто - ламинарен. Бурни потоци възникнат при високи скорости на потока на течността и нисък вискозитет, ламинарен поток се появят при условия на бавен поток в вискозни течности. На практика, различни газопроводи, водопроводи и други подобни системи са по-често турбулентност дори при скорост по-малко от 1 м / с. хидравличен процес оборудване, в което за работни течности, използвани минерални масла, турбулентен режим се случва, когато скорости bolee15m / гр. докато проектирането на такива системи често предоставят skorosti4-5m / в. режим на шофиране в такива тръбопроводи обикновено ламинарен.
Тъй като инерционната сила и вискозни сили в потока от течност зависи от много причини, при скорост близо до критичните преходни може да се случи, в които са нестабилни, ламинарен или турбулентен поток. Тези режими са отразени в диаграмата.
Ако увеличението на скоростта на потока, режимът на ламинарен (зони 1 и 3)
става турбулентен (зона 2) при скорост V'kr - горната критична скорост. Тя отговаря на горния числото на Рейнолдс. Ако скоростта на намаляване, преходът от ламинарен за турбулентен поток протича при skorostiVkr - ниска критична скорост. Тя отговаря на по-малкия брой на Рейнолдс. Зона 3 се нарича нестабилна, или преходен, област. При скорости, които се лекуват, може да има ламинарен както и турбулентни потоци. Въпреки ламинарен режим е много нестабилна в тази област и всяко смущение, например, на трептенията на тръбата, поражда веднага турбулентен поток. Поради тази причина, на практика, тази област е винаги се счита за бурен, а по силата на Рейнолдс се реализира по-нисък chisloRekr. В зони 1 и 2 са режими на движение винаги са стабилни. Дори ако режимът на пътуване е в зона 1 е принуден да се промени, например с помощта на специални устройства - turbulezatorov поток, а след това в един много кратък времеви поток отново става ламинарен.
Физични свойства на течности.
Плътност. Плътност - маса на течност, съдържаща се в единица обем. Международната система единици (SI) се измерва в кг / м3. За хомогенна течност
.
Ако течността не е еднакъв в обем V. тази формула само позволява да се изчисли стойността на средната плътност и истинската плътност при всяка точка може да се определи като
.
Стойности увеличава течност плътност с нарастващ натиск. Например, плътността на водата при 0 ° С се променя с нарастване на налягане (0,1 до 400 МРа) на 999 до 1 146 кг / м3. С повишаване на температурата, течен плътност намалява. Изключение от това правило е само вода при температура в границите от 0 до 4 ° С: неговите увеличава плътността и достига своя максимум (1000 кг / м3) при Т = 3.98 ° С След допълнително нагряване, плътността му е намалена, тъй като други течности. Именно поради тази причина, че температурата на водата в долната част на дълбоки води през зимата е винаги 4 ° С Когато водата се охлажда до 4 ° С циркулация на водата в резервоара е спряно, което предотвратява това замразяване на дъното.
Стойностите на плътностите на някои общи течни при нормални условия (т = 20 ° С, р = 0,1 МРа)
* Mercury - 13 546 кг / м3;
* Натурално масло - 760-900 кг / м3;
* Минерално масло - 850 - 930 кг / м3;
* Бензин - 712 - 780 кг / м3.
Специфичен обем. Специфичен обем - обем на единица маса на флуида, който е реципрочната стойност на плътността:
.
Така че това е исторически, че тази функция се използва рядко за отпадане течност, но това е много широко използван за газове.
Относително тегло. Специфично тегло - е теглото на единица обем от течност:
.
Относителна плътност. Относителна плътност - е съотношението на течност плътност на плътността на дестилирана вода при 4 ° С:
.Тъй rvody + 4 = 1000 кг / м3, че е лесно да се изчисли относителната плътност.
Всички тези характеристики на течности характеризират почти един и същ имот.
Течен плътност може да бъде изчислена от горните формули, както е възможно и да се измери специален инструмент, наречен хидрометър. Това устройство е подобно на плувка. Неговата дълбочина на потапяне зависи от плътността на флуида.
Свиваемост. Свиваемост - течност собственост на променя обема си под натиск. Свиваемост се характеризира с две величини: т.к. съотношение обемен компресия и насипни модул на еластичност К.
обемно съотношение на компресия - това е относителна промяна в обема на течност за единица налягане
.
В "минус" в този израз е въведен на този фактор е имал положителни стойности, тъй като производно винаги е отрицателен.
Ако приемем, че можем да се изчисли приблизително на обема и плътността на течността, когато налягането:
където V 0, r0 - обем и плътност на течността при р налягане 0;
Dp = р - р 0 - промяната в налягането.
обратен обемно съотношение на сгъстяване, наречена обемна модула на еластичност
Насипни модул увеличава леко с нарастващ натиск и намалява леко с повишаване на температурата. Ние очакваме, пресусмост на течни капки. При атмосферно налягане в продължение на минерални масла К »1320 - 1720 МРа. Когато налягането на 10 МРа (около 100 атмосфери), промяната в обема на минерално масло е приблизително
т.е. промяната на обема на течност по такъв материал промяна на налягането е 0,67%. Поради тази причина, хидравличната течност често се смята несвиваем.
Термично разширение. Топлинно разширение - течност собственост на променя обема си с температура. Характеризира се с коефициент на термично разширение Bt. който е относително изменение в обема на една степен:
За съотношение вода се увеличава с повишаване на температурата (когато р = 0,1 МРа и температурата варира от 0 до 100 ° С от около - 0,000025 до 0.000720). повишаване на налягането при ниски температури води до увеличаване, докато при температури над 50 ° С - за да го намалят. За повечето други течни капки с увеличаване davleniyaumenshaetsya.
В крайната форма на Bt = конст (с малка промяна температура)
; ,
където DT = T - T 0 - промяна във флуидна температура.
Промяната на обема на отоплителни течности много забележими, така че трябва да се вземат предвид при проектирането на хидравлично устройство, при което течността се загрява значително.
Капилярна. На повърхността на течност и газ оперативни повърхностно напрежение сили, които са склонни да се получи сферична обем от течност, но силата на тежестта не позволява това, ако течността е значително количество. Това явление е само забележим, когато течността се вижда в размер на капки или в тънък капилярна или празнина. повърхностното напрежение сили в течността създаде допълнителен натиск
,
където е - коефициент на повърхностното напрежение на течността;
R 1, R 2 - радиуси на кривина.
празнините на капилярните и това налягане причини повишаване или понижаване на течност в сравнение с нормалните нива. Това явление се нарича капилярно. Допълнителна налягане винаги е насочен към центъра на кривината на менискус. Ако течността не се омокри повърхността на капилярна менискуса има изпъкнала форма, и налягането на напрежение сили повърхностните съвпада с посоката на атмосферно налягане - нивото на течността в намалява капилярни. Ако течност омокря на повърхността на капиляра, менискуса има вдлъбната форма, и допълнителното налягане ще бъде насочена нагоре, към атмосферното налягане. Като следствие - повишаването на флуида през капиляра. Височина на повдигане (понижаване) на течността в стъклена тръба се получава от:
,
където г - диаметър на капилярната тръбичка;
К - коефициент за всеки отделен течност.
Например, вода К = 30 mm2; за алкохол к = 11,5 mm2; живак к = -10,1 мм 2.
Устройствата за измерване на течност под налягане, използвани за тръба с диаметър 10-12 мм. В този случай, ефектът на капиляра малък осезаемо. Разликата е един от радиусите на кривина отива до безкрайност и следователно допълнително налягане, височина и нивото на отклонение се получават два пъти по-малко, отколкото в капиляра.
Вискозитет. Вискозитет - е собственост на флуида да устои на срязване слоеве. Когато флуидни потоци по твърда стена на течни слоеве, съседни на него се спира от силите на триене между слоевете, т.е. поради вискозитета (фиг. 1).
Според хипотезата на Нютон, потвърдена експериментално NP Петров, на срязване подчертава в поток ламинат:
,
при което - модул напречната скорост градиент;
Фиг. 1. Профилът на скорост в m - динамичен коефициент
вискозно вискозитет течност заедно.
От правото на вискозно триене на Нютон, то следва, че напрежението на изместване са възможни само в движещ се на течности. Ако има градиент на скоростта и в посока, перпендикулярна на равнината на чертежа, трябва да се записва в частично производно с формула.
Освен Pa х използване с устройство като поазов: 1P = 0.1 Pa х а.
В допълнение динамичен коефициент на вискозитет, коефициент кинематичен вискозитет широко използвана техника:
.
В старата литературата има единици като Stokes ": Cm 1 = 1 cm2 / S = 10-4 m2 / сек.
Понякога имената на пит дума "коефициент" за краткост, макар че по принцип това не трябва да бъде направено.
С повишаване на температурата, вискозитетът на течни капки намалява много силно (експоненциално) и газове - нараства линейно. Например, когато прясна вода се нагрява от 0 до 100 ° С кинематичен вискозитет коефициент капки от 1.79 х 10-6 до 0.29 х 10-6 m2 / сек, т.е. повече от 6 пъти. В същия температурен интервал вискозитетът на минералното масло варира в десетки или стотици пъти. увеличава рязко при ниски температури на вискозитета на масла.
вискозитет Мярка със специални устройства, наречени вискозиметри. Принципа на работа на тези устройства се състои в сравняване на времето на потока на предварително определено количество на теста и стандартни течности през капиляра.
Трябва да се каже, че има течности, които не се подчиняват на законите на вискозно триене на Нютон. Като примери могат да се споменат глина, цимент, вар и колоидните разтвори, масла и смазочни масла при температури близо до температурата на втвърдяване, бои, лепила, смоли, различни протеини, липиди, нишесте суспензия, желатин, и т.н. Този така наречен не-Нютонов флуид, или ненормално. За не-нютонови течности от напречната скорост градиент зависимостта на срязващи напрежения може да има един от следните видове:
; ,
Волатилността. Изпаряване, присъщи на всички течности, но в различна степен, и то е в силна зависимост от условията, при които се съхранява течност. Една от характеристиките на изпаряване е точката на кипене при нормално атмосферно налягане. Но атмосферно налягане - е само частен случай на хидравлично налягане, така характерни по-пълно изпаряване е налягането (устойчивост) наситен parovpn.p .. По-високата pn.p. по-летлива течност. С увеличаване на температурата се увеличава, но за различни течности в различна степен. Следователно, дори в плоска, сух въздух през зимата в контакт с предмета, който е включен с замръзване при охлаждане става мокър и от кондензирани водни капчици. Той е добре запознат с хора, които носят очила. Кондензацията може да се наблюдава на повърхността на тръби, през които студена вода се подава на стъклата или подобни
За многокомпонентни флуиди (смеси от) наситен парно налягане също зависи от съотношението на обема на парата и течната фаза. За тях, налягането на наситената пара е по-голямо от голяма част от обема заета от течност. В препратките към тях са ценности pn.p. когато обемното съотношение на парата и течната фаза от 4: 1.
Разтворимостта на газове в течности. Разтворимостта на газове в течности се характеризира с количеството на разтворен газ за единица обем от течност. Тази стойност се увеличава с увеличаване на налягането и е различна за различни течности.
Относителния обем на разтворения газ може да бъде изчислена от закона на Хенри:
където Vr - обем на разтворен газ се коригира до стандартни условия (р 0, T 0);
к - съотношение разтворимост;
р - налягането на флуида.
Например, при Т = 20 ° С има следните значения:
- минерални масла »0.08;
Чрез увеличаване на плътността и вискозитета на разтворимостта на минерално масло от газове намалява леко. С повишаване на температурата на коефициента на разтворимост е почти непроменена, но считат този малък ефект е необходимо, когато течността тече в широк температурен диапазон: наситена течност при една температура газ може да започне да секретират разтворен газ в друг температура, която ще доведе до образуването на пяна, която дава непрекъснатост среда и може да доведе до провал диск.
Обикновено, минералното масло е наситен с въздух в продължение на няколко часа, но ако Маслото се разбърква в резервоара, се образува пяна. Площта на контакт между течността и въздуха се увеличава многократно. Това може да доведе до насищане на газа в течността в продължение на няколко минути.
При намаляване на налягането на наситените течни газове започне да се открояват, и това много по-бързо, отколкото разтвори. Газ може да стои в рамките на секунди или дори части от секундата.