Mecanica fluidelor - dinamica fluidelor reale

În dinamica fluidelor reale intervine proprietatea de vâscozitate, care se manifestă prin apariţia unor eforturi

tangenţiale de frecare între straturile alăturate de fluid, precum şi între fluid şi suprafeţele solide cu care

acesta vine în contact.

Astfel, existenţa eforturilor tangenţiale din interiorul fluidelor reale are ca efect modificarea mobilităţii

particulelor şi implicit a profilului de viteze.

Fig. 1 – Profilul de viteze la curgerea unui fluid peste o suprafaţă solidă

Fig. 2 – Profilul de viteze într-un fluid ideal

1. CURGERI LAMINARE ŞI TURBULENTE. EXPERIMENTELE LUI REYNOLDS

Curgerea fluidelor reale se poate produce în două regimuri distincte de mişcare din punctul de

vedere al structurii fizice a acestora. Existenţa acestor două regimuri a fost pusă în evidenţă de

fizicianul O. Reynolds, cu ajutorul instalaţiei experimentale prezentată în figura 3.

Fig. 3 – Aparatul Reynolds

Aparatul lui Reynolds constă dintr-un rezervor de nivel constant căruia i se ataşează o conductă

orizontală de golire, din sticlă, prevăzută cu un robinet.

În conducta de golire este introdus tub subţire prin care curge un lichid colorat, dintr-un recipient

aflat în partea superioară.

Experimentele au relevat faptul că;

- la viteze mici de golire, curgerea firului de lichid colorat nu este perturbată de curgerea

lichidului din rezervor (figura 4) – curgere laminară

- la viteze mari cele două lichide se amestecă turbulent (figura 5) – curgere turbulentă

Fig. 4 – Curgere laminară Fig. 5 – Curgere turbulentă

Trecerea de la un regim de curgere la altul se face pentru aceeaşi valoare a raportului:

denumit numărul Reynolds, unde:

ρ este densitatea lichidului;

η este vâscozitatea dinamică a lichidului;

ν este vâscozitatea cinematică a lichidului;

v este viteza de curgere;

d este diametrul conductei de golire.

Pentru Re < 2320 regimul este unul laminar.

Pentru Re > 2320 regimul este turbulent.

Pentru numere Reynolds în intervalul 2320 şi 5000 regimul de curgere este unul de tranziţie.

Pentru valori mai mari de 5000, curgerea este turbulentă complet dezvoltată

2. PROFILUL VITEZELOR ÎN MIŞCARE LAMINARĂ ŞI TURBULENTĂ

Pentru mişcările laminare profilul vitezelor (legea de repartiţie a vitezelor) este unul parabolic, ca în

figura 6. Viteza într-un punct din interiorul unei conducte de rază R este, la distanţa r de axa

conductei, dată de relaţia: