1.4. Опис лабораторної установки та порядок проведення досліду.

Схема установки приведена на рис. 1-3.

Рис. 1-3. Установка для визначення режиму руху рідин
1. Витратний бак ; 2. Вентіль подачі води в бак ; 3. Сливна труба ; 4. Водомірне скло ; 5. Скляна труба ;	6. Кран регулювання витрати води ; 7. Кран регулювання подачі фарби ; 8. Ділильна воронка ; 9. Капілярна трубка ; 10. Мірна ємність (2 літра).

Спочатку наповнюють витратний бак 1, регулюючи подачу води з водопровідної мережі вентилем 2 так, щоб рівень води в баці 1 знаходився на середній мітці водомірного скла 4 (h₁ = 0,35 м.). Потім у скляній трубі 5 за допомогою крана 6 установлюють необхідну витрату води.

Витрату визначають вимірюючи секундоміром час заповнення мірної судини 10 ємністю 2 літри. Подачу води в бак регулюють вентилем 2 так, щоб її рівень у водомірному склі 4 залишався на відповідній рисці. Тільки за таких умов напір води в баці 1, а, отже, і швидкість води в трубі 5, залишаються постійними (саме усталений рух рідини досліджується на стенді). Потім відкривають кран 7 ділильної воронки 8 і, впускаючи барвник у капілярну трубку 9, спостерігають струмок підфарбованої рідини в трубі 5. При ламінарному режимі підфарбований струмок тече лінійно по осі труби.

Другій і всі подальші досліди проводять при рівні води у баці, який відповідає верхній мітці водомірного скла (h₂ = 0,55 м.). Два перших досліда проводять при незмінному положенні крана 6. Збільшуючи потім ступінь відкриття крана 6, збільшують швидкість води в скляній трубі 5, унаслідок чого ламінарний режим починає порушуватися і поступово переходить у турбулентний. Проводять 6 вимірів при різній витраті води і, відповідно при різній швидкості її течії. При кожнім вимірі необхідно зрівняти приплив води в бак 1 і її витрату через трубу 5, відповідно кранами 2 і 6. Температуру води, що витікає з труби 5, визначають з точністю до 1°С для визначення її в’язкості по довідкових таблицях.

Для виконання роботи слід дотримуватися наступної послідовності дій:

1. Установлюють ламінарний режим руху води одночасним регулю-ванням припливу і витрати, відповідно, вентилями 2 і 6. Для цього необхідно, щоб час заповнення мірної ємності 10 в перших двох дослідах був не менш 90 секунд. Визначений час заносять до табл.1.1.

2. Збільшуючи витрату рідини через трубу 5 за допомогою крана 6, знову вимірюють час заповнення мірної ємності 10 так, щоб у останньому вимірі він складав не більше 10 секунд. У такий спосіб проводять шість вимірів, спостерігаючи стан підфарбованого струмка води при різних режимах її руху.

1.5. Обробка результатів вимірювань.

1. Для усіх вимірів обчислюють витрату води: , м³/с (1.9)

де V – об’єм мірної ємності 10 (м³);

 – час заповнення мірної ємності 10, (с).

2. За рівнянням витрати (1.4) обчислюють швидкість води в трубі 5, (м/с) для всіх проведених вимірів. Площу S поперечного перериза труби обчис-люють у системних одиницях – м², виходячи з внутрішнього діаметра труби 5, що складає d = 0,019 м за формулою: (1.10)

3. Густину води , з достатнім ступенем точності в діапазоні температур 5 – 25°С можна прийняти рівної 1000 кг/м³.

4. Значення коефіцієнта динамічної в’язкості води  (Па·с) у залежності від температури беремо з таблиці 1.1. Варто пам’ятати співвідношення між різними одиницями в’язкості в різних системах вимірів: 1 спз = 1·10^–3 Па·с.

5. Розраховують значення крітерію Рейнольдса для всіх проведених дослідів за формулою 1.1.

6. Далі, з рівняння Пуазейля U = (1.11), що визначає витрату рідини при ламінарному русі, проводять розрахунок уявного діаметра труби, через яку йде рідина. Регулюючи витрату води (і, відповідно, її швидкість) в прямій трубі краном 6, ми, як би, щораз змінюємо діаметр цієї труби. З формули (1.11) обчислюється уявний діаметр (d_У) тільки для перших двох дослідів, які відрізняються висотою рівня рідини у баці, однак значення критерію Рейнольдса не повинні перевищувати 2320. (Re  2320):

(1.12)

де l – довжина труби 5 лабораторної установки, рівна 1,55 м;

Q – об’ємна витрата води, м³/с, що обчислюється по формулі (1.9);

 – в’язкість води, Па·с, яка залежить від температури води на виході

з труби 5; Число  = 3,14;

p – перепад тисків, завдяки якому відбувається рух рідини в трубі 5,

обумовлений висотою стовпа рідини (h₁, h₂) від верхньої мітки

водомірного скла 4 до осі труби 5 (Мал. 1-3).

Перепад тисків (Па) обчислюється по відомій формулі:

p = gh (1.13)

7. Згідно рівнянню Пуазейля (1.11) витрата води прямо пропорційна перепаду тисків, який є рушійною силою процеса течії рідини. Для перевірки цього рівняння для усталених ламінарних режимів проводять два перших досліда при різних значеннях h (Рис. 1-3). При цьому не можна торкатися крана 6, який визначає уявний діаметр труби. Два отриманих розрахованих уявних діаметра повинні приблизно співпасти.

8. Всі отримані екперіментальні і розрахункові дані заносять у таблицю 1-2. Результати перевірки рівняння Пуазейля – у таблицю 1-3. Обидві таблиці є звітом про виконану роботу.

Таблиця 1-1.

t,°C	, сП	t,°C	, сП	t,°C	, сП
0	1,792	7	1,428	14	1,171
1	1,731	8	1,386	15	1,140
2	1,673	9	1,346	16	1,111
3	1,619	10	1,308	17	1,083
4	1,567	11	1,271	18	1,056
5	1,519	12	1,236	19	1,030
6	1,473	13	1,203	20	1,005

Таблиця 1-2.

№ дос-ліду	Час , c.	Витрата води U, м3/с	Темпе-ратура води, °С	В’язкість води , Па·с	Густина води , кг/м3	Швидк. руху води w, м/с	Re	Режим руху потока
1					1000
2
3
4
5
6

Таблиця 1-3.

№ досліду	dУ, ( м )	pi, ( Па )	Ui, ( м3/c )
1
2