Liczba Reynoldsa Na podstawie obserwacji zachowania się strumienia przepływającej wody Reynolds scharakteryzował ruch wody dzieląc go na ruch laminarny i turbulentny. W tym celu umieścił kryształek nadmanganianu potasu w osi szklanej rurki. Nadmanganian potasu rozpuszczał się w wodzie i zabarwiał strugę przepływającej wody na kolor fioletowy. W zależności od prędkości przepływającej wody zabarwiona struga wody unosiła się w wodzie lub ulegała rozpuszczeniu barwiąc cały przekrój poprzeczny.
1. Wprowadzenie Co to jest ruch laminarny i turbulentny? Gdy ruch stabilizuje się, cząsteczki płyną w równoległych, ślizgających się po sobie warstewkach to ruch ten nazywa się ruchem laminarnym. W przypadku gdy zaburzenia przepływu narastają powodują trwałe zaburzenia pola prędkości i następuje intensywne mieszanie się cząstek to mówimy o ruchu turbulentnym (burzliwym).
Rys. 1. Rozkład prędkości w ruchu: a) laminarnym, b) turbulentnym
Do scharakteryzowania rodzaju ruchu w przewodach zamkniętych wykorzystuje się liczbę Reynoldsa υd Re = (1)
ν
gdzie: υ - prędkość średnia w przekroju, d – średnica przekroju, ν – kinematyczny współczynnik lepkości cieczy [m2·s-1], odczytywany z tablic na podstawie temperatury cieczy. Liczba Re Jest to liczba podobieństwa charakteryzująca zjawisko mechaniczne zachodzące głównie pod wpływem sił tarcia wewnętrznego, równa stosunkowi sił bezwładności do sił tarcia wewnętrznego występujących w badanym zjawisku, np. przepływie cieczy. Krytyczna wartość liczby Reynoldsa dla przewodów kołowych wynosi Rekryt = 2320. Wartość to rozgranicza przepływ laminarny od turbulentnego: Re<2320, ruch laminarny, Re>2320, ruch burzliwy.
Przejście ruchu laminarnego w turbulentny następuje wskutek utraty stateczności ruch laminarnego. Zaburzenia będące przyczyną pulsacji występują zawsze w czasie przepływu. Zaburzenia i utrata stateczności następuje w obszarach przyściennych, skąd rozprzestrzeniają się na cały obszar przepływu powodując jego przekształcanie w ruch burzliwy.
2.1. Doświadczenie Opis doświadczenia Reynoldsa: Polegało ono na obserwacji, zachowania się barwnika w wodzie, płynącej w rurze o średnicy d. Przy Re< 2320 smuga barwnika pozostaje zwarta, nie ulega rozmyciu. Jeżeli jednak Re> 2320 to wyraźnie widoczne staje się szybkie, nieregularne rozmywanie się smugi barwnika . W czasie pomiaru mierzono objętość V i czas przepływu wody t a wyniki zestawiono w Tabeli.
Lp
V [m3]
t [s]
1
0,00013
111,1
2. Średnica przewodu d = 0,0098 m, temperatura wody T = 17,0º C. Opracowanie wyników:
Lp
Q [m3·s-1]
υ [m·s-1]
Re [-]
Opis
1
0,0000012
0,012
141
ruch laminarny
2
431
ruch laminarny
3
751
ruch laminarny
4
1383
ruch laminarny
5
2287
ruch laminarny
6
3289
ruch turbulentny
7
5078
ruch turbulentny
8
7357
ruch turbulentny
9
8989
ruch turbulentny
Wizualizacja wyników:
Re = 0
Re = 141
431 751
1383
2287 3289 5078 7357
8989
Literatura: Puzyrewski R., Sawicki J., 1998, Podstawy mechaniki płynów i Hydromechaniki, PWN, Warszawa, Zarzycki R., Prywer J., Orzechowski Z., 1997, Mechanika płynów w inżynierii środowiska, WNT, Warszawa Kubrak J., 1998, Hydraulika techniczna, Wyd. SGGW, Warszawa, Szuster A., Utrysko B., 1986, Hydraulika i podstawy hydromechaniki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Sawicki J., 1998, Przepływy ze swobodną powierzchnią, PWN, Warszawa
Katedra Inżynierii Wodnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
[email protected]
