1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest określenie krytycznej liczby Reynoldsa (Re) na podstawie obserwacji zabarwionej strugi cieczy, wprowadzonej równolegle do osi prostej, poziomej, przezroczystej rury, przez którą płynie czysta woda.

2. Wiadomości podstawowe.

Wprowadzenie podstawowej klasyfikacji przepływów płynów rzeczywistych z podziałem na przepływ laminarne i turbulentne (uwarstwione i burzliwe), zawdzięczamy Reynoldsowi.

W latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia przeprowadził Reynolds swoje klasyczne doświadczenie z obserwacją zabarwionej strugi wprowadzonej równolegle do osi prostej, poziomej, przezroczystej rury o przekroju kołowym, jak pokazano na rysunku

Urządzenie pozwalało na regulowanie prędkości przepływu wody w rurze i prędkości wypływu strugi barwionej. Zwiększając stopniowo wydatek wody przepływającej przez rurę A (a więc średnią prędkość przepływu w rurze) Reynolds obserwował barwną strugę, która aż do pewnej krytycznej prędkości przepływu rysowała się ostro i wyraźnie, biegnąc prawie równolegle do ściany rury. Powyżej pewnej prędkości przepływu w rurze barwna struga tuż za wylotem z rurki podlega intensywnym wahaniom, a następnie bardzo prędko rozprasza się zabarwiając całą masę wody w rurze .

Analizując kształt strugi wnioskować należy, że barwna struga mogła płynąć w izolacji od strug sąsiednich tylko w pewnych określonych warunkach. W tych samych warunkach i inne strugi nie barwione biegły oczywiście równolegle do ścianek rury nie mieszając się ze sobą. Ruch miał wszelkie cechy ruchu ustalonego. Przepływ taki nazwał właśnie Reynolds przepływem laminarnym w odróżnieniu od przepływu, który ukształtował się po przekroczeniu pewnej krytycznej wartości średniej prędkości przepływu, kiedy to zaobserwował mieszanie się strug, tzn. wymianę elementów płynu między sąsiednimi warstwami.. Na podstawie obserwacji Reynoldsa i późniejszych badań zachowania się cieczy w przewodach, ustalone zostało równanie, opisując wartości liczby Reynoldsa.

Re =

gdzie:

- gęstość płynu

v - prędkość ruchu płynu

- lepkość kinematyczna

l - wymiar charakterystyczny

Przejście przepływu laminarnego w turbulentny odbywa się przy określonej wartości liczby Reynoldsa, nazywanej krytyczną liczbą Reynoldsa. Z doświadczeń wynika, że dla przewodów okrągłych wartość Re wynosi Re2300. Poniżej tej wartości na ogół nie obserwuje się ruchu turbulentnego, natomiast często obserwuje się ruch laminarny, przy znacznie wyższych wartościach od Re= 2300. Przy zachowaniu specjalnych warunków przepływu udaje się zachować ruch laminarny nawet przy wartości Re = 50000.

Przyjęły się zatem pojęcia dolnej krytycznej liczby Reynoldsa Re = 2300 oraz górnej krytycznej Reynoldsa Re=50000. W zakresie Re = Re + Re przepływ może być laminarny lub turbulentny, przy czym przepływ laminarny jest wówczas bardzo niestateczny i przy najmniejszym zaburzeniu przekształca się w turbulentny.

---