Лабораторная работа № 2 исследование режимов движения жидкости

1. Задачи работы

1. Ознакомиться с режимами движения жидкости: ламинарным и турбулентным.

2. Опытным путем установить режим движения жидкости.

2. Описание лабораторной установки и порядок проведения работы

Установка для изучения режимов движения жидкости (рис. 3.2) [6] состоит из: напорного бака 5, стеклянной трубки 7, мерного бака 10, указателя уровня воды в мерном баке 9, резервуара 1 с подкрашенной жидкостью, трубки 6, кранов 2, 8, 11, 12, обеспечивающих соответст­венно подачу воды в бак 5, поступление подкрашенной жидкости в трубку 6, подачу воды в мерный бак и слив жидкости из мерного ба­ка. Маховики управления кранами выведены на переднюю панель ус­тановки.

Уровень воды в напорном баке поддерживается постоянно с по­мощью трубки 13, соединенной со сливом. Визуально обзор уровня воды в баке осуществляется через смотровые стекла 4, 14, температу­ра измеряется термометром 3.

Опыты начинают с малых расходов жидкости в стеклянной трубке 7. Для этого открывают кран 12 и заполняют напорный бак, уровень воды в котором благодаря трубке 13 поддерживается постоянным.

Далее открывают кран 11 и приоткрывают кран 8, при этом вода из напорного бака движется по стеклянной трубке с небольшой ско­ростью. Открывая кран 2, регулируют поступление подкрашенной жидкости в стеклянную трубку, так, чтобы скорость выпускаемой жидкости была примерно одинакова со скоростью воды в той точке стеклянной трубки, к которой подключена трубка с подкрашенной жидкостью. При этом тонкая струйка подкрашенной жидкости четко выделяется и не перемешивается с водой (ламинарный режим).

По мере увеличения расхода струйка подкрашенной жидкости начинает колебаться, приобретая волнистый характер с местными разрывами. Такое неустойчивое положение струйки соответствует переходному состоянию, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным.

Рис. 3.2. Схема гидравлическая

Дальнейшее открытие крана 9 и увеличение расхода воды в стек­лянной трубке приводит к резкому изменению характера движения: струйка подкрашенной жидкости размывается, вода в стеклянной трубке становится равномерно окрашенной, наступает турбулентный режим.

Во время проведения опытов определяют расход жидкости. Для этого закрывают кран 11 и засекают по секундомеру время заполне­ния мерного бака. По указателю уровня бака в мерном баке 10 и тарировочной характеристике мерного бака (рис. 3.3) определяют объем жидкости в мерном баке. Расход находим по формуле

, (3.16)

где Q – расход жидкости, см³/с; W – объем воды в мерном баке, см³; t – время наполнения мерного бака.

Зная расход жидкости, можно определить среднюю скорость течения воды в стеклянной труб­ке:

, (3.17)

где S – площадь живого сечения потока, см²; .

По табл. 3.4 определяют кинематическую вязкость воды, предва­рительно измерив температуру последней по термометру 3.

Таблица 3.4

T, оC	9	10	11	12	13	14	15
, см2/с	0,0135	0,0131	0,01127	0,01124	0,0121	0,0118	0,0115
T, оС	16	17	18	19	20	21	22
, см2/с	0,0112	0,0109	0,0106	0,0104	0,0101	0,010	0,0099

Для каждого режима течения жидкости определяем число Рейнольдса:

, (3.18)

где d – внутренний диаметр стеклянной трубки, d = 2,0 см.

– кинематический коэффициент вязкости жидкости, см ²/_с;

V – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе, см/с.