Лекция_№5
СҰЙЫҚ ҚОЗҒАЛЫСЫНЫҢ РЕЖИМДЕРІ. РЕЙНОЛЬДС ТЕҢДЕУІ.
ГИДРАВЛИКАЛЫҚ КЕДЕРГІ
§3.5 Гидравликалық модельдеу, ұқсастықтың негізгі заңдары, Ньютон ұқсастық критериі. (лек_№3) гидр -2 стр 64
§5.1 Сұйық ағысының режимі.
Напорлы ағындар режимі Рейнольдс саны арқылы ішкі үйкеліс күшімен сипатталады. Сұйықтар қозғалысы кезінде энергия шығыны ағындағы сұйық бөлшектері қозғалыс ерекшеліктерімен байланысты.
Қозғалыс режимдерінің ерекшеліктерін төмендегі тәжірибелік қондырғыдан көруге болады (5.4-сурет).
В-
бакқа
Т-шыны құбыры жалғанған, соңында ағын
шығынын реттеу үшін К-кран орнатылған.
Шығынды
өлшегіш
бакпен және секундомермен өлшейді. Бак
үстінде С-сосуд тығыздығы ағындағы
сұйық тығыздығына жақын бояу ерітіндісімен
толтырылған. Краска шығынын Р-кранымен
реттейді. К-кранды ашқанда, құбырда
белгілі жылдамдықты су ағады, Р-кранды
ашқанда құбырға боялған сұйық кіреді.
Ағынның азғандай жылдамдығында айқын
ерекшеленетін (бояулы) сұйыққа жайылмаған
түзу сызықты ағынша түзіледі. Сұйық
қабатшалармен араласпай жеке ағады.
Ток сызығы түзу сызықты және орнықты
(5.4а-сурет).
К-кранды
қатты ашқанда Т-
құбырда сұйық қозғалысы жылдамдығы
артады. Сұйықтың боялған ағыншасы
қисайып, толқын тәрізді күйге келеді.
Бұл ағында жергілікті кедергілердің
векторлары пульсациясынан туындайды.
Ары қарай ағын жылдамдығын арттырғанда
Т- құбырда ағыншалар жеке, жақсы көрінетін
құйындарға айналып, ағыстағы сұйық
массасымен толығымен араласады.
Жергілікті жылдамдықтар өзгерісі
(пульсация) болмайтын сұйық қозғалысы
–ламинар,
ал сұйықтардың араласуына әкелетін
жергілікті кедергілердің өзгерісі
(пульсация) –турбулентті
деп аталады.
өлшемсіз
критерийі қозғалыс режимін сипаттайды:
Тәжірибе
нәтижелері бойынша дөңгелек құбырлар
үшін ламинарлық режимнен турбуленттікке
өту
басталады. Осылайша
ламинарлы режим,
турбулентті режим. Сұйық қозғалысы
өзгеретін ағын жылдамдығы критикалық
деп аталды. Табиғатта, техникада
турбуленттік ағыстар жиі кездеседі.
Ламинарлық қозғалыстың негізгі заңдылықтарын қарастырайық.
Ламинарлық режимде сұйықтың қозғалысы араласпайтын қабатшылы болғандықтан, сұйық ағысы құбыр осіне параллель және көлденең жылдамдық болмайды. Ламинарлық режимде сұйық қозғалысы механизмін қабатшалар диаметрі әртүрлі қозғалмалы цилиндр ретінде елестетуге болады. Құбыр қабырғасына жанасып тұрған қабаттағы жылдамдық молекулалық өзара күштердің болуына байланысты нольге тең, ал құбыр осінде масксимал мәнге ие.
Сұйықтың құбырға енген жерінде жылдамдықтың қима бойынша таралуы бірдей (5.6-сурет). Сосын тұтқырлық күші әсерінен қима бойынша жылдамдық таралуы жүреді. Кіре берістен алыстаған сайын, сұйықтың қабырғаға жанасып тұрған жерінде сұйық тежеле бастайды. Ағатын сұйық мөлшері өзгеріссіз болғандықтан, шекаралық қабаттағы қозғалыстың тежелуі ағынның ортасында жылдамдықтың өсуіне әкеледі. Ағынның түзілуі біткен соң, жылдамдық қисығы параболалық формаға ие болады.
Түзілген ағынның нақты қимасындағы жылдамдық (эпюра А) тең болады:
(5.6)
Түзілген
ағындағы жылдамдықтың таралу эпюрасы
параболалық сипатқа ие. (5.6) тәуелділігі
осьте мына жылдамдықтар арасында қатынас
орнатады:
Құбыр қимасы бойынша жылдамдықтар таралуын біле отырып, Кариолис коэффициентін анықтауға болады. Дөңгелек құбырдағы сұйықтың орныққан ламинарлық ағысы үшін Бернулли теңдеуіндегі Кариолис коэффициенті жылдамдықтың қима бойынша біртексіз таралуын ескереді. Ол үшін №3-лекциядағы (3.4)-теңдеуіндегі
(3.4)-теңдеудегі
жылдамдықты (5.6)-формуламен алмастырамыз.
Математикалық түрлендіруден кейін
Кариолис коэффициентінің сандық мәнін
аламыз.
Жылдамдықтар
сызығы түзілетін құбырдың кіре беріс
аймағы қозғалыстың ламинарлық режимінде
сұйық ағынының бастапқы аймағы деп
аталады
Құбырдың
бастапқы аймағында үйкелістегі напор
шығыны орныққан ламинарлық ағыс
аймағындағы шығыннан
ке асады. Егер құбырөткізгіштің
салыстырмалы ұзындығы
өте үлкен болса, онда құбырдың бастапқы
аймағындағы напор шығыны ескерілмейді.