Наша сеть партнеров Banwar
Про існування двох принципово різних режимів руху рідини інженери практики здогадувалися ще в давні часи, але вперше експериментально підтвердив їх існування а нглійскій фізик Осборн Рейнольдс, який опублікував в 1883 році результати досліджень наочно ілюстрованих наявність цих режимів. Схема проста, але ефективної експериментальної установки Рейнольдса приведена на рис. 3.7.
Дослідницький стенд складається з двох резервуарів. З великого резервуара (1) рідина потрапляє в дослідну прозору трубу постійного діаметра (2) з регулюючим вентилем (3). Для наочності в експериментальну трубу підведена трубочка з фарбою (4), що надходить з малого бака (5). Витрата фарби регулюється краном (6). Визначення витрати рідини проходить через дослідну трубу проводиться за допомогою спеціального вимірювального бачка і секундоміра. Експериментальні дослідження починають з малих швидкостей, для чого крану (3) дають найменше відкриття, а краном (6) пускають тонку цівку фарби. У дослідній трубі (2) можна спостерігати рух цівки фарби в потоці досліджуваної рідини. Цівка фарби чітко відрізняється від решти потоку, вона рухається паралельно стінок труби без коливань і завихрень.
Цей режим руху називається ламінарним (від латинського laminas - шари), частинки фарби не змішуються з частинками рідини сусідніх струменів. Відкриваючи кран (3) трохи більше, ми збільшуємо середню швидкість рідини в скляній трубі, при цьому до якогось граничного значення швидкості режим руху цівки фарби не змінюється. Однак подальше відкриття крана (3), тобто подальше збільшення швидкості руху рідини призводить до того, що цівка фарби починає коливатися, звиватися і розриватися завихрюючись. При подальшому збільшенні швидкості рідини в трубі помітно виникнення вихорів і, нарешті, при ще більш збільшеною швидкістю цівка фарби зникає вже на перших міліметрах свого шляху, але вся рідина в трубі виявляється рівномірно слабо забарвленою. Ламінарний режим перейшов в турбулентний (від латинського turbulentus - вихровий, хаотичний) турбулентний режим характеризується інтенсивним перемішуванням частинок рідини в потоці.
Ламінарний режим переходить в турбулентний завжди при одному і тому ж певному значенні швидкості руху, а якщо досліди проводити в зворотному напрямку від турбулентного режиму до ламінарного, то цей зворотний перехід здійснюється при набагато меншій швидкості. Подолання інерції хаосу вимагає більшого закриття крана в порівнянні з тим, яке виводить потік з ламінарного режиму в турбулентний. Подолати інерцію хаосу важче, ніж інерцію порядку. Ламінарний режим спостерігається при перебігу в'язких рідин (мед, мазут, нафту, сметана). Перебіг води у водопровідних мережах, подача палива - приклади турбулентного режиму.
За результатами дослідів Рейнольдс запропонував для визначення режиму течії безрозмірний комплекс, який зараз називають критерієм або числом Рейнольдса:
Re = 
, (3.23)
де V - середня швидкість потоку, м / с;
d - характерний розмір (для труби - діаметр), м;
ν - кінематична в'язкість рідини, м2 / с.
Критерій Рейнольдса є обов'язковою умовою динамічного подоби руху потоків рідин і служить для характеристики режиму руху потоку незалежно від виду рідини. В результаті досліджень Рейнольдс виявив, що при русі в круглих трубах перехід від турбулентного режиму до ламінарного відбувається при:
Reкрн = 
.
Тут Re крн - нижнє критичне значення числа Рейнольдса;
V НКР - нижня критична середня швидкість руху.
Якщо значення Re <2320, значить режим руху - ламінарний.
Розрізняють, дві критичні швидкості - нижню і верхню і, відповідно, два значення числа Рейнольдса. При верхній критичної швидкості зникають останні залишки ламінарного режиму, залишається розвинений турбулентний режим. При нижньої критичної швидкості турбулентний режим повністю переходить в ламінарний. Зона між двома значеннями Vкр є перехідною зоною, в якій співіснують обидва режими. Нижнє значення критерію Re стабільно і рівно Re = 2320. Значення верхнього критичного числа Re різні в різній літературі (від Re = 4000 до Re = 13800). На думку В.Н.Скріпніка Reкрв = 10000.
Сучасна теорія моделювання гідравлічних машин базується на теорії гідродинамічного подоби. Для подібності двох потоків рідини необхідно, щоб числа Рейнольдса обох потоків були однакові. Фізичний сенс критерію Рейнольдса полягає в тому, що число Рейнольдса є умовою динамічного подоби потоків рідини.