Ruch laminarny i turbulentny LICZBA REYNOLDSA materiał dydaktyczny - wersja 1.2

1. Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej Ruch laminarny i turbulentny LICZBA REYNOLDSAmateriał dydaktyczny - wersja 1.2 Katarzyna Zuba, II rok IŚ Dr inż. Leszek Książek Kraków, kwiecień 2005

2. Plan prezentacji: 1. Co to jest ruch laminarny i turbulentny? 2. Liczba Reynoldsa - ogólne wiadomości 3. Opis doświadczenia Reynoldsa 4. Wyniki pomiarów 5. Opracowanie wyników 6. Analiza wyników 7. Wizualizacja

3. 1. Co to jest ruch laminarny i turbulentny? • Jeżeli wartość liczby Reynoldsa jest niższa od Rekryt a wywołane w płynie zaburzenia ulegają wyhamowaniu, ruch stabilizuje się; cząsteczki płyną w równoległych, ślizgających się po sobie warstewkach to ruch ten nazywa się ruchem laminarnym. • Jeżeli Rekryt zostanie przekroczone, wprowadzone zaburzenie narasta i powoduje trwałe zaburzenia pola prędkości oraz następuje intensywne mieszanie się cząstek to mówimy o ruchu turbulentnym (burzliwym)

4. Rozkład prędkości w ruchu: a) laminarnym, b) turbulentnym

5. 2. Liczba Reynoldsa 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.

6. Re=·d / Wzór na liczbę Reynoldsa • Gdzie: •  – prędkość cieczy [m·s-1], • d – średnica rury [m], • - kinematyczny współczynnik lepkości [m2·s-1], odczytywany z tablic na podstawie temperatury cieczy Liczba Reynoldsa jest liczbą niemianowaną, tzn. nie posiadającą jednostki

7. Krytyczna wartość liczby Reynoldsa Dla przewodów kołowych krytyczna wartość liczby Reynoldsa wynosi Rekryt= 2320. Wartość to rozgranicza przepływ laminarny od turbulentnego Re<2320, ruch laminarny Re>2320, ruch burzliwy

8. 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.

9. 3. Opis doświadczenia Reynoldsa Eksperymentem, wykazującym przejście ruchu laminarnego w turbulentny, było doświadczenie przeprowadzone przez O.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 .

10. 4. Wyniki pomiarów Pomiary wykonano w Laboratorium Hydrotechnicznym Wydziału Inżynierii Środowiska i Geodezji W czasie pomiaru mierzono objętość V i czas przepływu wody t. Średnica przewodu d = 0,0098 m, Temperatura wody T = 17º C

11. 5. Opracowanie wyników Q = V / t  = Q / F [m·s-1] Re = ( *d)/  d = 0,0098 m  = 0,0000010841 F = (d2) / 4 F = 0,000075 m2

12. 6. Analiza wyników

13. 7. Wizualizacja Re = 0

14. 7. Wizualizacja Re = 141 ruch laminarny

15. 7. Wizualizacja Re = 431 ruch laminarny

16. 7. Wizualizacja Re = 751 ruch laminarny

17. 7. Wizualizacja Re = 1383 ruch laminarny

18. 7. Wizualizacja Re = 2287 ruch laminarny

19. 7. Wizualizacja Re = 3289 ruch burzliwy

20. 7. Wizualizacja Re = 5078 ruch burzliwy

21. 7. Wizualizacja Re = 7357 ruch burzliwy

22. 7. Wizualizacja Re = 8989 ruch burzliwy

23. Literatura podstawowa: 1) Romuald Puzyrewski, Jerzy Sawicki, Podstawy mechaniki płynów i Hydromechaniki, W- wa, 1998, Wydawnictwo naukowe PWN 2) R. Zarzycki , J. Prywer, Z . Orzechowski, Mechanika płynów w inżynierii środowiska, Wydawnictwo naukowo- techniczne, W-wa, 1997 3) Janusz Kubrak, Hydraulika techniczna, Wyd. SGGW, W-wa, 1998 4)Andrzej Szuster,Bohdan Utrysko, Hudraulika i podsrawy hydromechaniki, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, W-wa 1986 Literatura dodatkowa: Jerzy Sawicki, Przepływy ze swobodną powierzchnią, W-wa 1998, Wydawnictwo naukowe PWN