23- ma’ruza: Suyuqlik harakatining ikki tartibi Reynolds kritik soni

23- Ma’ruza: Suyuqlik harakatining ikki tartibi Reynolds kritik soni.


Reja:
19.1.Yuqori va quyi (pastki) kiritik tezlik.
19.2.Reynolds sonining fizikaviy ma’nosi.
19.3.Silindrik turbalar uchun olingan Reynoldsning kiritik qiymatini konfuzorli va diffuzorli truba uchastkalari va kiritik qiymatlari bilan taqqoslash.
Tayanch iboralar: Laminar va turbulent harakat; kritik tezlik; yuqori va pastki kritik tezliklar; inersiya va ishqalanish kuchlari; tezliklar zonasi; nomustahkam zona.
Gidravlik ishqalanishni tajribada o’rganish natijalari shuni ko’rsatdiki, suyuqlik oqimi paytida yo’qotilgan napor (energiya), shu oqim qanday tartibda (laminarmi yoki turbulentmi) harakatlanishiga bog’liq. Laminar harakatda suyuqlik qatlam-qatlam bo’lib oqib, shu suyuqlik zarrachalari bosib o’tgan yo’llarining izlari bir-biriga nisbatan parallel bo’ladi. Laminar so’zi lotin tilidan olingan bo’lib, lamina — qatlam ma‘nosini (19.1a, 19.1b- rasmlar) anglatadi. Tabiatda suyuqlik oqimining laminar harakati, asosan, yer osti suyukliklari harakatida, ingichka kapillyar naychalar ichidagi suyuqlik harakatida va katta qovushoqlikka ega bo’lgan suyuqliklar, masalan, neft, vazelin va har xil yog’lar harakatida uchraydi. Turbulent harakat deb, suyuqlik oqimi qatlam-qatlam bo’lib oqishi buzilib, shu suyuqlik zarrachalari bosib o’tgan yo’llarining izlari juda murakkab shaklda bo’lib, bir-biriga chalkashib o’ralib ketadigan harakatga aytiladi. Turbulent so’zi lotin tilidan olingan bo’lib, turbulentus — tartibsiz degan ma‘noni bildiradi (19.1a, 19.1b-rasmlar).

Tabiatdagi barcha suyuqlik harakati asosan turbulent holatda bo’ladi. Suyuqlik oqimining laminar va turbulent harakatini birinchi marta rus olimi D. I. Mendeleev 1880 yilda aytib o’tgan. Keyinchalik D. I. Mendeleevning fikrini ingliz fizigi O. Reynolds tajribada 1883 yili tasdiqladi. O. Reynolds birinchi bo’lib shu harakat tartiblarining xossalarini tajribada tushuntirib berdi. Suyuqlikning harakat tartibini aniqlovchi shartning fizik xarakteristikalarini nazariy va tajribaviy usullar yordamida ishlab chiqdi.

1 -rasm
O. Reynolds tajribalari. O. Reynolds suyuqlikning harakat tartibini tajribada o’rganish uchun maxsus qurilma ishlab chiqqan va bu qurilma O. Reynolds qurilmasi deb ataldi (19.1a- rasm). Qurilmada A idishga T quvur ulangan bo’lib, bu quvur shishadan*) yasalgan, uning oxirida J jo’mrak o’rnatilgan. A idishning ustida kichkina B idishcha joylashgan, bu idishdan M naychasi yordamida T quvurning kirish qismi orqali boyoq yuboriladi, boyoqning solishtirma og’irligi suvning solishtirma og’irligi bilan bir xil. T quvurning oxiridagi J jo’mrakni ochish va yopish bilan T quvurda oqimning harakat v tezligi va Q suyuqlik sarfi o’zgartiriladi. Endi tajriba o’tkazish usuliga o’tsak, u quyidagicha: shishadan yasalgan T quvurda harakat qilayotgan suyuqlik oqimiga M naycha orqali boyoq yuboraylik. Bu paytda boyoq T quvurda harakatlanayotgan suyuqlik oqimi ichida, shu suyuqlik bilan aralashmasdan oqim zarrachalarining harakatlanayotgan chizig’idek alohida harakatlansa (19.1b- rasm), bunday harakat laminar harakat deb ataladi. Boyoq shu suyuqlik bilan aralashib, oqim ichidagi boyoq chizig’i ko’rinmay ketsa, bunday harakat turbulent harakat deb ataladi (19.1v- rasm). Agar shisha quvurdagi J jo’mrakni asta ochsak, A idishdan suyuqlik oqib chiqa boshlaydi. T quvurda uning ko’ndalang kesimi boyicha qandaydir o’rtacha v tezlik paydo bo’ladi, bu paytda suv sarfiga va quvurning ko’ndalang kesimiga tegishli A idishda suv sathi o’zgarmas, ya‘ni N=const bo’lishi kerak.
Bundan ko’rinadiki, boyoq atrofdagi suyuqliklar bilan aralashmagan holda harakat qilyapti. Boshlanishda shunday xayolga kelamizki, shu boyoqdan hosil bo’lgan oqim chizig’i (elementar oqim naychasi) xuddi shu T quvurning ichida qotib qolgandek tuyuladi ( 19.1 b- rasm). Bunday harakat laminar harakat deb ataladi. Agar shu tartibda T quvurdagi suyuqlik ichida boyoqdan tag’in bir necha elementar oqim naychalarini tashkil etsak, unda ular bo’lak-bo’lak elementar oqim naychasi shaklida atrofdagi suyuqlik massalari bilan aralashmasdan, alohida harakat qiladi.
Shunday qilib T shisha quvurda hamma suyuqlik bo’lak-bo’lak va qavatma-qavat holda bir-biri bilan va atrofdagi boshqa suyuqliklar bilan aralashmasdan o’z holicha harakat qilaveradi, unda oqim chizig’i to’g’ri chiziqli shaklda bo’lib, uzunligi boyicha o’zgarmaydi. Agar J jumrakni yana ozgina ochsak, unda v tezlik va Q suv sarfi ko’payadi. Boshlanishda sifat jihatidan bu hodisa hech o’zgarmaydi. Oldingidek bo’lgan oqim naychasi atrofdagi suyuqliklar bilan aralashmasdan o’z holicha harakat qilaveradi. Ammo shu jo’mrakni ochishda davom ettirib boraversak, birdan qandaydir bir elementar vaqt ichida boyalgan oqim naychasi qiyshaya boshlaydi, shunda oqim chizig’i ilon izi bo’lib qoladi. Elementar oqim naychasi esa tebrana boshlaydi. Bu hodisa faqat fazoda ixtiyoriy nuqtadagi vektor tezligining vaqt o’tishi bilan to’xtamasdan o’zgargani sababli roy berishi mumkin. Shu tezliklar beto’xtov o’zgarishlarining kuchayishi natijasida boyalgan elementar oqim naychasi atrofidagi suyuqlik massasi bilan aralasha boshlaydi va oqim chiziqlari juda ham kichik vaqt ichida o’z shaklini yo’qotib, butun T quvurdagi oqimning ko’ndalang kesimi boyicha mayda girdobchalar ko’rinishiga aylanib ketadilar va tartibli va tartibsiz ravishda harakatlana boshlaydilar (19.1 v-rasm). Bunday harakat turbulent harakat deb ataladi. Agar shu yuqorida o’tkazilgan tajribani teskari yo’nalishda takrorlasak, ya‘ni J jo’mrakni (u to’liq ochilganidan keyin) sekin-asta berkita boshlasak, u holda turbulent harakatdan laminar harakatga o’tish laminar harakatdan turbulent harakatga o’tishga qaraganda ancha kichik tezlikda ta‘minlanadi. Shunday qilib «o’tish zonasi» vujudga keladi.