Последовательность проведения опыта
Заливают в сосуд примерно 1,6 л трансформаторного масла (допускается заливка воды).
Поворотом тумблера на передней панели включают электродвигатель, который вращает сосуд. Затем вращением регулятора, расположенного также на передней панели, устанавливается заданная частота вращения сосуда.
После того, как жидкость в сосуде придет в состояние относительного покоя, производят соответствующие измерения с помощью измерительной иглы.
Для
этого вращением рукоятки измерительную
иглу устанавливают сначала в такое
положение, чтобы ось ее совпадала с осью
сосуда (отметка «0» по горизонтальной
шкале) отметка
.
Затем вращением рукоятки, расположенной на каретке, измерительную иглу опускают до соприкосновения ее острия со свободной поверхностью жидкости и производят отсчет по нониусу Zн. После этого иглу поднимают вверх и перемещают в горизонтальном направлении на 1 см и снова опускают до соприкосновения с жидкостью. В новом положении берут отчеты по нониусу. Аналогично проводят измерения для 7 – 8 точек.
Результаты опыта заносят в табл. 2.1.
Таблица 2.1
|
Номер точки |
Отсчет по горизонтальной шкале r, см |
Отсчет по нониусу Zн, см |
|
|
|
|
Затем (табл. 2.2):
- вычисляют отметку Zопыт опытной точки свободной поверхности относительно горизонтальной плоскости, проходящей через нижнюю точку свободной поверхности:
;
-
вычисляют отметку Zтеор
точки свободной поверхности из формулы
(2.1), приняв величину
и
- сопоставляют отметку Zопыт, вычисленную на основании экспериментальных данных, с величиной Z теор , найденной расчетом:
%.
Таблица 2.2
|
Номер точки |
Расстояние от точки до оси вращения r, см |
Отметки свободной поверхности |
Расхождение между Z0 опыт и Z0 теор, % |
||
|
по данным опытов Z опыт, см |
по вычислениям Z теор, см |
||||
|
|
|
|
|
|
|
В заключение производят построение теоретической и экспериментальной кривых свободной поверхности жидкости. Обе кривые следует совместить на одном чертеже.
Контрольные вопросы
1. Форма свободной поверхности жидкости во вращающемся сосуде?
2. Какие силы действуют на жидкость во вращающемся сосуде? Чему они равны?
3. Какие силы действуют на неподвижную жидкость?
4. Гидростатическое давление, основное уравнение гидростатики.
5. Экспериментальная установка.
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Задание
1. Установить режим движения жидкости в трубе двумя способами:
а) путем визуального наблюдения;
б) на основе обработке опытных данных.
2. Сравнить результаты определения режима движения жидкости визуальным и расчетными методами.
Пояснение к работе
При протекании жидкости по трубам и каналам могут иметь место два различных по своему характеру режима движения: ламинарный и турбулентный.
Ламинарный – такой режим, при котором поток жидкости движется так, что элементарные струйки не перемешиваются (двигаются параллельно).
Турбулентный – такой режим, в котором элементарные струйки пересекаются и перемешиваются, а траектории отдельных частиц представляют сложные линии.
Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении жидкостей повышенной вязкости.
Характер
движения жидкости зависит от скорости
,
диаметра трубы d,
плотности ρ
и вязкости жидкости. Он однозначно
определяется безразмерным выражением,
составленным из этих величин, которое
называется критерием Рейнольдса:
или
,
где
-
кинематический коэффициент вязкости,
определяемый, с учетом температуры, по
эмпирической формуле Пуазейля:
,
где t – температура воды, °С.
При малых числах Рейнольдса (Re ≤ 2320) имеет место только ламинарный режим движения жидкости. При Re > 4000 возможен только устойчивый турбулентный режим движения.
Значения Re = 2320 и Re = 4000 соответственно называются нижним и верхним критическими числами Рейнольдса. В диапазоне Re = 2320 – 4000 могут наблюдаться и ламинарный и турбулентный режимы. Эта зона называется зоной неустойчивых режимов.
Определение режима движения жидкости имеет важное значение, так как потери напора в трубах зависят от режима, что необходимо учитывать при гидравлическом расчете трубопроводов.