Распределение скоростей при турбулентном режиме движения жидкости

режиме движения жидкости

При турбулентном режиме движения траектории частиц жидкости, проходящих через данную неподвижную точку пространства в разные моменты времени, представляют собой кривые линии различной формы, несмотря на прямолинейность трубы. Характер линий тока по длине трубы также отличается большим разнообразием. Таким образом, турбулентное течение, строго говоря, не является установившимся движением.

Однако, несмотря на то, что каждая частичка жидкости, движущаяся в потоке, участвует как в продольных, так и поперечных движениях, главным, определяющим общее направление движения потока является движение частиц жидкости вдоль оси потока, т.е. поступательное движение. Поэтому турбулентное движение в целом можно рассматривать установившимся при условии, что осредненные по времени значения скоростей и давлений, а также полный расход потока не изменяются со временем.

Распределение скоростей (осредненных по времени) в поперечном сечении турбулентного потока существенно отличается от того, которое характерно для ламинарного потока: оно более равномерное, а нарастание скорости у стенки более крутое (рис.10.4).

ламинарный                                                        турбулентный

Рис. 10.4. Сравнение распределений скоростей в потоке

при ламинарном и турбулентном движениях

В связи с этим коэффициент a, учитывающий неравномерность распределения скоростей в уравнении Бернулли, при турбулентном течении значительно меньше, чем при ламинарном.

Для ламинарного течения коэффициент aне зависит от Re и равен 2. При турбулентном течении aзначительно меньше и зависит от Re (он уменьшается с увеличением последнего от 1,13 при Re = Reкр до значения 1,025 при Re = 3·106). В большинстве случаев можно принимать значение этого коэффициента при турбулентном течении равным 1.

Ввиду сложности турбулентного течения и трудностей его аналитического исследования до настоящего времени для него нет достаточно строгой и точной теории. Часто для практических расчетов, связанных с турбулентным течением жидкостей в трубах, пользуются экспериментальными данными, синтезированными на основе теории гидродинамического подобия, сущность которой заключается в том, что соответствующие гидродинамические исследования проводятся в лабораторных условиях на моделях, выполненных в меньшем масштабе, чем натуральные объекты.