Виды течения

По интенсивности движения различают два основных режима течения потоков: ламинарный и турбулентный. Для большинства флюидов существует и переходный от ламинарного к турбулентному режим течения.

Признаки ламинарного режима течения:

• частицы среды движутся по плавным взаимно непересекающимся траекториям;
• параметры течения (температура, скорость, давление и концентрация примесей) являются гладкими функциями координат и времени;
• перенос субстанции (теплоты, импульса и массы) осуществляется за счет взаимодействия микрочастиц среды (атомов, молекул, ионов и т. п.). Поэтому коэффициенты переноса субстанции (коэффициент температуропроводности, коэффициент кинематической вязкости и коэффициент диффузии) являются физическими характеристиками вещества. Коэффициенты переноса субстанции для разных веществ определяют экспериментально и приводят в справочных таблицах в зависимости от температуры.

Признаки турбулентного режима течения:

• частицы среды движутся по сложным, ломаным, взаимно пересекающимся траекториям;
• параметры течения (температура, скорость, давление и концентрация примесей) являются пульсирующими функциями координат и времени;
• перенос субстанции (теплоты, импульса и массы) осуществляется за счет взаимодействия макрообъемов среды (турбулентных молей). Поэтому коэффициенты переноса субстанции (коэффициент температуропроводности, коэффициент кинематической вязкости и коэффициент диффузии) зависят от самого режима движения и не являются физическими характеристиками вещества. Коэффициенты турбулентного переноса субстанции рассчитывают по, так называемым, полуэмпирическим моделям турбулентности.

Критерий Нуссельта:

где R₀ - определяющий или характерный размер в системе теплообмена, м; λ_f - коэффициент теплопроводности текучей среды, Вт/(м∙К).

Критерий Рéйнольдса или Рéйнольдс (критерий динамического подобия) - характеризует отношение силы инерции к силе трения:

По значению критерия Re судя о режиме течения флюида при вынужденной конвекции.

Критерий Грасгофа:

где ΔT - модуль разности температур между стенкой и флюидом, °C (K); β - коэффициент объемного расширения флюида, 1/K.

Критерий Прандтля:

где ν - кинематический коэффициент вязкости, м²/с; α - коэффициент температуропроводности, м²/с.

Критерий Рэлея:

Критерий теплового подобия - критерий Пеклé:

Критерий Фруда или Фруд - характеризует отношение силы тяжести (гравитационной силы) к силе инерции:

Критерий Эйлера или Эйлер - характеризует отношение силы давления к силе инерции:

Критерий Галилея, который характеризует отношение силы тяжести к силе вязкого трения:

Критерий Архимеда характеризует отношение подъемной силы из-за разности плотностей к силе вязкого трения:

где Δρ - изменение плотности флюида, а ρ = f(T₀) - значение плотности флюида при определяющей температуре T₀.