Динаміка рідин є важливою частиною класичної фізики. Вона застосовується в авіаційно-космічній, сільськогосподарській, морській та інших галузях. В силу того, що властивості рідини сильно залежать від багатьох параметрів, існує кілька основних типів течії. Ламінарний і турбулентний потоки - це два основні типи руху рідин.
Що таке ламінарний потік?
Коли частинки рідини переміщуються, не перетинаючи траєкторії один одного, і вектор швидкості стає дотичною до траєкторії, то такий потік називається спрямованим. При його виникненні шари рідини, як правило, ковзають відносно один одного. Такий потік відомий як ламінарний потік. Важливою умовою його існування є відносно невелика середня швидкість руху частинок.
У ламінарному потоці, шар, який стикається з нерухомою поверхнею, має нульову швидкість. У напрямку, перпендикулярному до поверхні, швидкість шарів поступово зростає. Крім того, тиск, щільність та інші динамічні властивості рідини залишаються незмінними в кожній точці простору всередині потоку.
Число Рейнольдса є кількісним показником характеру течії рідини. Коли воно невелике (менше 1000) - потік є ламінарним. У цьому випадку взаємодія відбувається за допомогою сили інерції. При значеннях від 1000 до 2000 потік ні турбулентний, ні ламінарний. Іншими словами, відбувається перехід від одного типу руху до іншого. Число Рейнольдса є безрозмірною величиною.
Що таке турбулентна течія?
Коли властивості рідини в потоці швидко змінюються з часом, то він називається турбулентним. Швидкість, тиск, щільність та інші показники, при цьому, приймають абсолютно випадкові значення. Рідина, яка рухається в однорідній циліндричній трубі кінцевої довжини, також відомої як пуазейлівська, буде турбулентною, коли число Рейнольдса досягне критичного значення (близько 2000). Тим не менш, потік не може бути турбулентним у явному вигляді, коли число Рейнольдса більше 10000. Турбулентний потік характеризується випадковою природою характеристик, дифузією і завихреннями. Єдиним методом їх вивчення буде експеримент.
У чому різниця між ламінарним і турбулентним потоками?
- У ламінарному потоці течія відбувається при малих швидкостях з низьким числом Рейнольдса, а турбулентним він стає при високих швидкостях і великих числах Рейнольдса. • У ламінарному потоці параметри рідини прогнозовані і практично не змінюються. У цьому випадку немає порушень руху шарів та їх перемішування. У турбулентному потоці картина течії хаотична. Тут є завихрення, водовороти, і поперечні течії. • Всередині ламінарного потоку, властивості рідини в будь-якій точці простору залишаються незмінними з плином часу. У разі турбулентного потоку вони стохастичні.