Отчет по работе

Отчет по работе должен включать следующие пункты:

1. Титульный лист.

2. Наименование и цель работы.

3. Схему опытной установки.

4. Таблицу наблюдений.

5. Обработку результатов опыта.

6. Определение погрешности измерений основных величин.

Выводы.

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО И ТУРБУЛЕНТНОГО ТУЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы:

Изучение особенностей ламинарного и турбулентного режимов течения. Исследование влияния критерия Рейнольдса на режим течения жидкости. Экспериментальное определение границ числа Рейнольдса, соответствующих ламинарному и турбулентному режимам.

Задание:

Установить опытным путем наличие двух режимов движения жидкости: ламинарного и турбулентного. Вычислить при обоих режимах числа Рейнольдса. Отметить переход от одного режима к другому и определить значение критического числа Рейнольдса. Выяснить из опытов характер зависимости потерь напора по длине трубы от режима движения.

Теоретические основы:

При движении вязкой жидкости различаются два режима - ламинарный и турбулентный.

Ламинарный поток имеет слоистую структуру - частицы жидкости дви­жутся с различными скоростями параллельно оси трубы без перемешива­ния и без пульсаций скорости и давления.

Турбулентный поток характеризуется неупорядоченным движением частиц жидкости. Наряду с основным поступательным перемещением частиц жидкости вдоль трубы наблюдаются хаотичные поперечные перемеще­ния и вращательные движения частиц, которые приводят к интенсивному перемешиванию жидкости. Кроме того, в каждой точке турбулентного потока наблюдаются пульсации скорости и давления.

Опытами установлено, что переход от ламинарного движения к тур­булентному происходит внезапно, скачкообразно, при определенном зна­чении безразмерного параметра. Данный безразмерный параметр получил название числа Рейнольдса:

(2)

Здесь  - средняя скорость потока, м/с;

d - диаметр трубы, м;

 - кинематическая вяз­кость жидкости, м²/с.

Для каждой конкретной установки существует некоторый диапазон значений числа Re, которые можно рассматривать как критические значения Re_кр, при которых и происходит смена режимов движения. На значение критического числа Рейнольдса существенное влияние оказывают различные возмущения, возникающие в потоке вследствие особенностей структуры течения до входа в трубу и при входе (сужение потока и т.п.).

Необходимо иметь в вицу, что переход ламинарного движения к турбу­лентному удается задержать до достижения весьма больших значений Re, в то время как восстановление ламинарного движения при переходе к нему от турбулентного осуществляется при относительно малых значе­ниях Re. В практике гидравлических расчетов именно это малое зна­чение Re и принимают за Re_кр.

При движении жидкости в круглых трубах принимают Re_кр = 2320. Таким образом, при Re < Re_кр в потоке сохраняется ламинарный ре­жим, а при Re > Re_кр - турбулентный. Переход ламинарного режима в турбулентный происходит при увеличении скорости потока (расхода), а также при уменьшении вязкости жидкости и поперечных размеров потока (при постоянном расходе).

Если в начале и конце трубы установить пьезометры, то разность пьезометрических напоров h₁ в начале и h₂ в конце трубы покажет величину потери напора на трение h_l при движении на расстояние l между сечениями 1-1 и 2-2 (рис. 4).

h_L

h₁

h₂

1

2

l

1

2

Рис. 4. Схема измерения потери напора на трение по длине трубы.

Зависимость гидравлических потерь на трение от скорости потока имеет вид:

(3)

где a - коэффициент пропорциональности;

n - показатель степени.

При ламинарном режиме потери на трение пропорциональны средней скорости потока (n=1). При турбулентном режиме с увеличением числа Рейнольдса показатель степени в формуле (3) возрастает от n=1,75 до n=2. Нижний предел этого интервала соответствует области сопротивления гидравлически гладких труб, верхний предел - квадратичному закону сопротивления (гидравлически шероховатым трубам). Промежуточные значения характеризуют переходную область сопротивления.

Для исследования и визуализации режимов течения на вход прямого трубопровода Т1 подается тонкая струйка подкрашенной чернилами жидкости, которая поступает из специальной емкости (бака) Б3. Данная лабораторная работа выполняется только при условии подключения к крану КР8 автономного источника чистой воды (например, водопровода), а также обеспечении слива с выхода крана КР12 в канализацию. Кран КР8 перед работой должен быть закрыт.

Экспериментальная часть:

1. Полностью закрыть задвижки З1, З2, З4, З5, З6, З7, З8 и краны КР4, КР5, КР7, КР11. Краны КР10, КР12, КР14 полностью открыть.

2. Открыть кран КР8 и дождаться наполнения напорной секции накопительного бака Н2 вплоть до возникновения перелива.

3. Открыть З1 на один оборот до возникновения минимального течения через трубопровод Т1.

4. Частично закрывая кран КР14 добиться минимальной величины перелива из рабочей полости бака, для минимизации начальных возмущений.

5. Частично открыть задвижку З8 вплоть до начала истечения красящей жидкости.

6. При необходимости уменьшать расход через трубопровод, прикрывая задвижку З1, вплоть до возникновения прямой струйки окрашенной жидкости. Отрегулировать подачу красящей жидкости (З8) и минимальный перелив (КР14).

7. Закрыть кран КР10. Измерить время ∆t заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ2. Записать значения в таблицу 3. Открыть кран КР10.

8. Зарисовать вид подкрашенной струйки в потоке в соответствующую графу таблицы 3.

9. Приоткрыть задвижку З1 и повторить действия, описанные в пунктах 6, 7 и 8. Результаты занести в табл. 3.

10. Повторять действия по пунктам 6, 7, 8 и 9 вплоть до полного открытия З1.

11. Закрыть задвижку З8.

12. Закрыть задвижку З1.

13. Выключить питание насоса Н3.

Примечание. При проведении опытов следует избегать возмущений, вызванных внешними воздействиями на установку (сот­рясением и т.п.), т.е. не прикасаться к установке без необходимости, и все регулировки производить плавно.

Обработка результатов опыта:

1. Вычислить кинематическую вязкость воды по эмпирической формуле Пуазейля:

ν = 0,179 · 10-2/ (1000 + 34Т +0,22Т2)

(4)

где ν - кинематический коэффициент вязкости, м²/с;

Т - температура, °С.

2. Определить расход воды:

(5)

и записать данные в таблицу 3

3. Рассчитать среднюю скорость жидкости

4. Рассчитать число Рейнольдса по формуле (1)

5. Определить режимы течения жидкости в трубопроводе для всех случаев.

6. Сделать выводы.

Таб. 3.

№	V, л	∆t, сек	Q, л/с	υ, мм/с	Re, мм	Внешний вид струйки жидкости
1
2
3
4
5
6
7