Лабораторная работа №3 Изучение режимов движения жидкости, определение числа Рейнольдса



Дата12.11.2016
Размер55.7 Kb.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Изучение режимов движения жидкости, определение числа Рейнольдса
Цель работы:

1. Установить опытным путём наличие двух режимов движения жидкости, а также переход одного режима в другой.

2. Определить число Рейнольдса для каждого режима движения; сравнить его с критическим числом Рейнольдса.

Оборудование и приборы: установка для определения числа Рейнольдса, термометр, мерный сосуд, секундомер

3.1. Теоретическое введение
В
озьмём прозрачную трубу, в которой с небольшой скоростью течёт прозрачная жидкость, например, вода. В этот поток поместим небольшие, существенно меньшие, чем диаметр потока, трубки. В трубках под напором находится подкрашенная жидкость, например, цветные чернила, которая может из них вытекать, если открыть краны К. Будем открывать их на короткое время (1-3 секунды) и прекращать подачу чернил через какие-то промежутки времени так, чтобы можно было проследить движение цветной жидкости. В таком случае в потоке будут возникать разноцветные струйки, причём цветная жидкость будет явно показывать распределение скоростей (эпюра скоростей) по сечению потока. Если наблюдать за движением жидкости, то можно ясно видеть, что при перемещении от сечения 1 к сечению 2 картина распределения скоростей будет оставаться постоянной, а движение жидкости будет слоистым, плавным, все струйки тока будут параллельны между собой. Такое движение носит название ламинарное (от латинского слова lamina - слой).

Е
сли еще больше увеличить скорость жидкости, то обязательно наступит такой момент, когда характер движения жидкости радикально изменится. Цветные струйки начнут сначала колебаться, затем размываться и интенсивно перемешиваться. Течение потока становится неспокойным, с постоянным вихреобразованием. Эпюра распределения скоростей по сечению потока приблизится к прямоугольной форме, а значения скоростей в разных сечениях потока станут практически равны средней скорости движения жидкости.

Такое течение жидкости называется турбулентным (от латинского слова turbulentus - возмущённый, беспорядочный).

Если снова уменьшить скорость течения жидкости, восстановиться ламинарный режим движения. Переход от одного режима движения к другому будет происходить примерно при одной и той же скорости, которую называют критической скоростью и обозначают Vкр. Эксперименты показывают, что значение этой скорости прямо пропорционально кинематическому коэффициенту вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубопровода d (для наиболее часто применяемых труб круглого сечения) или гидравлическому радиусу потока R (для других типов труб и русел).



Критерием режима движения жидкости служит безразмерное число Рейнольдса; для напорных труб круглого сечения число Рейнольдса записывается в виде


()

где – средняя скорость потока, м/с;



d – диаметр трубы, м;

– кинематическая вязкость жидкости, ;
Число Рейнольдса, определяющее границу перехода ламинарного режима в турбулентный, называют критическим. Для круглых труб .

При имеет место устойчивый ламинарный режим движения.

При режим движения может оставаться еще ламинарным, но неустойчивым и меняется при малейшем возмущении, например сотрясении трубы, переходит в турбулентный.
3.2. Схема установки
Экспериментальная установка состоит из напорного бака 3, стеклянной трубы 8 с вентилем 9 на конце, позволяющим изменять расход воды, протекающей по трубе. На напорном баке 3 помещается бачок 2 с подкрашенной жидкостью, которая по тонкой трубке 4 с иглой на конце, подается в поток воды. Расход краски регулируется краном 9.


Рис. 1. Схема установки для исследования режимов движения жидкости.
3.3. Порядок выполнения работы
1. Включить насос и наполнить напорный бак до уровня переливной трубы, кран закрыть, дать выдержку времени 1-2 мин для успокоения воды в баке.

2. Открыть вентиль 9 на конце стеклянной трубы 8 (рис.).

3. Открыть (очень немного) кран 5 и ввести тонкую струйку краски в поток воды в стеклянной трубе 8.

4. При малых скоростях воды в трубе вводимая в поток краска не будет перемешиваться с ней, что указывает на наличие ламинарного режима движения жидкости.

5. Измерить расход воды в стеклянной трубе объёмным способом.

7. Измерить температуру воды в баке с помощью термометра.

8. При большем открытии крана 9 будет наблюдаться устойчивый турбулентный режим, характеризующийся интенсивным перемешиванием краски с водой. При этом следует повторить измерения расхода и температуры.

9. Закрыть кран 5 бачка с подкрашенной жидкостью.

10. Результаты измерений расхода воды и температуры занести в таблицу 3.
3.4. Обработка результатов измерений

По результатам измерений вычислить:

- объемный расход (Q) жидкости;

- кинематический коэффициент вязкости () по формуле 2.2;

- средние скорости () в трубе для каждого режима движения;

- число Рейнольдса (Re) по формуле 2.6;

Результаты вычислений занести в таблицу 3.

Таблица 3

Экспериментальные и расчётные данные

№ п/п

Наименование показателей


Опыт

1

2

1

Внутренний диаметры трубы d, м







2

Площадь сечения







3

Ёмкость мерного сосуда V,







4

Время наполнения мерного сосуда t, с.







5

Расход воды







6

Средние скорости







7

Температура воды,







8

Коэффициент кинематической вязкости







9

Число Рейнольдса







10

Режим движения жидкости






Используя экспериментальные и расчётные данные, сделать вывод о зависимости режима движения жидкости от числа Рейнольдса.


3.5. Контрольные вопросы
1. Какие существуют режимы движения жидкости? Поясните их особенности и отличия.

2. По какому критерию можно судить о существовании данного режима движения жидкости? Можно ли заранее прогнозировать режим движения жидкости?



3. Запишите формулу числа Рейнольдса и сделайте её анализ.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница