Лабники / Лаб. раб. № 3
.doc
Л
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ
СМЕНЫ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ
Исследование смены режимов течения
Задачи работы
Ознакомиться с ламинарным и турбулентным режимами течения вязкой жидкости в круглой трубе и исследовать процессы смены этих режимов.
Описание установки
Кинематические и динамические характеристики потока существенно зависят от режима движения жидкости. Результаты опытов показывают, что в зависимости от числа Рейнольдса Re возможны два резко различающиеся по своим свойствам режимы движения: ламинарный и турбулентный.
Изменение режима движения жидкости можно наблюдать на приборе Рейнольдса (рис. 3.1).
5
1 2 3 4 7 6 d
Рис. 3.1. Схема
установки
Прибор состоит из успокоительного бака 1, к которому присоединена прозрачная труба 2 с краном 3 для регулирования расхода воды. В состав установки входит также бачок 5 с краской (плотность краски близка к плотности воды), к которому присоединена тонкая трубка с краном 7.
С помощью крана 3 в трубе устанавливается небольшой расход, при котором режим движения будет ламинарным. Если при этом, открыв кран 7, впускать в поток краску, то резко очерченная тонкая струйка краски, не размываясь, будет двигаться прямолинейно вместе с окружающим потоком воды по всей длине трубы, свидетельствуя о наличии в трубе ламинарного, т.е. слоистого, движения без перемешивания частиц потока.
Постепенное увеличение расхода в трубе, достигаемое открыванием крана 3, приводит в начале к появлению интенсивно нарастающих колебаний струйки краски, а затем (при достижении критической скорости , соответствующей Reкр) к её быстрому размыванию и перемешиванию с потоком воды. Это свидетельствует о появлении в потоке беспорядочных поперечных движений частиц жидкости, обусловленных переходом режима движения от ламинарного к турбулентному.
При постепенном закрывании крана 3 явление повторяется в обратном порядке. Однако переход от турбулентного режима к ламинарному происходит при скорости, меньшей той, при которой наблюдается переход от ламинарного движения к турбулентному.
Рейнольдс установил наличие двух критических скоростей: одной – при переходе ламинарного режима движения в турбулентный режим (верхней критической скорости ), другой – при переходе турбулентного режима в ламинарный (нижней критической скорости ). Опытным путем доказано, что значение верхней критической скорости зависит от внешних условий опыта: постоянства температуры, уровня вибрации установки и т.д. Нижняя критическая скорость в широком диапазоне изменения внешних условий остается практически неизменной.
При течении жидкости кинематической вязкостью со средней по сечению скоростью в круглой трубе диаметром d число Рейнольдса определяется следующим образом:
. (3.1)
По опытным данным численные значения нижнего и верхнего критических чисел Рейнольдса соответственно равны: Re н. кр.= 2300, Re в. кр.= 12000–13000 .
Порядок выполнения работы.
1. Записать со стенда численное значение диаметра трубы 2: d=18 мм.
2. Термометром измерить температуру t воды и затем по графику определить кинематическую вязкость жидкости.
3. С помощью крана 3 установить в трубе 2 ламинарный режим* и измерить при этом расход жидкости весовым способом.
4. Постепенно изменяя открытие крана 3, перейти от ламинарного к турбулентному режиму, а затем осуществить переход в обратном направлении. В каждом случае определить расход жидкости.
5. Для каждого из установленных режимов вычислить среднюю по сечению скорость жидкости и рассчитать по формуле (3.1) число Рейнольдса.
6. Сделать вывод о совпадении или не совпадении визуальных наблюдений за режимом течения и рассчитанных значений чисел Рейнольдса.
* Визуальное определение режима течения (по поведению подкрашенной жидкости) фиксируется на бланке лабораторной работы в графе «режим течения».