2. Лабораторна установка

Схема установки Рейнольдса (рис. 1.2) дозволяє візуально спостерігати різні режими руху рідини і зміни режимів, а також вимірювати параметри потоку, необхідні для обчислення числа (у тому числі ). В даному випадку робочою рідиною є вода.

Рис. 1.2

Основні елементи установки: напірна ємкість 1, що розділена на два відсіки 11 і 9 гратчастою перегородкою 10 для заспокоєння рівня рідини і зменшення в ній збурень; скляна труба 7 заданого постійного діаметру d з плавним входом, через яку протікає потік рідини з напірної ємкості; бачок 2 з рідиною-барвником близькою до води густиною, що підводиться до вхідної ділянки труби 7, трубкою 8 з тонким наконечником; п'єзометр 4, що відіграє роль водомірної трубки ємкості 1 (при прозорих стінках ємкості може не бути встановлений); термометр 3 для виміру температури робочої рідини; мірна ємкість («мірник») 5 для вимірювання об'єму рідини, що витікає з труби 7 за час ; хронометр 6 для виміру часу .

3. Методика проведення дослідів

1. Дослід 1. За допомогою вентиля В встановити невелику витрату води в скляній трубі 7 (див. рис. 1.2). Постійність рівня води в напірній ємкості, що досягається одночасним відкриттям вентиля мережевого трубопроводу, свідчитиме про постійність витрати води, тобто про сталий характер течії.

2.  Обережно відкрити кран К бачка 2 для подачі рідини-фарбника в потік. Витікання її у вигляді окремої струминки, паралельної стінкам труби 7, вкаже на ламінарний режим руху потоку. Спостереджуваний результат позначити літерою "Л" і занести до табл. 1.2.

3. Закрити кран К, підвести мірник 5 під витікаючий з труби 7 струмінь води, виміряти об'єм і час заповнення мірника водою.

4.  Одночасно виміряти температуру води в установці.

Всі дослідні дані занести до таблиці 1.1.

5. Дослід 2 провести в тій самій послідовності і при тому ж ламінарному режимі руху води, змінивши вентилем В її витрату, а отже середню швидкість (у загальному випадку температура води може також змінюватися).

6. Дослід 3. Збільшуючи ступінь відкриття вентилів В і , добитися хвилеподібної форми забарвленої струминки — нестійкого ламінарного режиму або початкової фази розвитку турбулентності. Результат спостереження режиму позначити літерами "Кр", тобто «критичний режим», і занести до табл. 1.2.

7. Досліди 4 і 5 провести при великих ступенях відкриття вентилів і аналогічно попередньому, але вже при турбулентному режимі. Пересвідчитися, що забарвлена струминка зникає і вся рідина приймає однаковий колір. Дані вимірів і результати спостережень режиму руху позначити літерою " Т " і занести в табл. 1.1, 1.2.

4. Обробка дослідних даних

При обробці дослідних даних використати систему одиниць СГС як більш зручну для проведення розрахунків.

1. Розрахувати об'ємну витрату води в кожному досліді, тобто об'єм води, що протікає за одиницю часу через будь-який поперечний переріз труби 7

.

2. Середня швидкість руху води в трубі визначається за формулою

,

де — площа поперечного перерізу труби, ; – внутрішній діаметр труби, .

3. Виміряні в дослідах значення температури води дозволяють по табл. 1.3 знайти значення кінематичної в'язкості .

4. Розрахувати число Рейнольдса

.

Отримані значення занести до табл. 1.2.

5. Порівнюючи обчислені значення з , заповнити рядок «Режим розрахунковий» табл. 1.2 згідно з прийнятими умовними позначенями.

6. Порівняти результати візуальних спостережень режимів руху рідини з розрахованими.

Таблиця 1.1

Таблиця спостережень

Найменування величини	Одиниці вимірювання	Номери дослідів
		1	2	3	4	5
Об’єм рідини,
Час,
Температура рідини,

Таблиця 1.2

Таблиця результатів

Найменування величин	Одиниці вимірювання	Номери дослідів
		1	2	3	4	5
Об’ємна витрата,
Середня швидкість,
Кінематична в’язкість,
Число Рейнольдса,	—
Режим, що спостерігається	Л, Кр, Т
Режим розрахунковий	Л, Кр, Т

Таблиця 1.3

Залежність кінематичної в’язкості води від температури

Температура,		Температура,
0 5 10 12 13 14	0,0178 0,0152 0,0131 0,0124 0,0120 0,0117	15 16 17 18 19 20	0,0114 0,0111 0,0108 0,0106 0,0103 0,0101

Всі розрахунки, зроблені на різних аркушах, додати до приведених таблиць журналу лабораторних робіт.

Питання для самоконтролю

1. Що таке лінія течії?

2. Порівняйте лінію току з траєкторією руху рідкої частинки.

3. Який рух рідини називається стаціонарним?

4. Що таке трубка току і елементарний струмінь?

5. Дайте визначення живому перерізу та змоченому периметру потоку.

6. Як знайти гідравлічні діаметр і радіус?

7. Які режими руху рідини ви знаєте і чим вони характеризуються?

8. Які складові утворюють місцеву миттєву швидкість рідкої частинки при турбулентному русі?

9. Принцип усереднення швидкості в часі в турбулентному потоці.

10. Що таке пульсаційна швидкість?

11. Приведіть і поясніть епюри усереднених швидкостей в проекціях на нормаль в кожній точці живого перерізу для ламінарного і турбулентного стабілізованих потоків.

12. Що таке об’ємна витрата рідини і як її знайти?

13. Як визначити середню в живому перерізі швидкість потоку?

14. Як пов’язані між собою середні та максимальні значення швидкостей у стабілізованих ламінарному і турбулентному потоках в круглій трубі?

15. Яке практичне значення має знання режимів руху рідини?

16. Що таке кінематична та динамічна в’язкість краплинних рідин і газів, їх зв’язок та залежність від температури?

17. Як визначити число (критерій) Рейнольдса?

18. Поясніть фізичний зміст числа Рейнольдса.

19. Наведіть критичні значення числа Рейнольдса для напірного руху рідини в круглій трубі.

20. Як визначити режим течії рідини розрахунковим шляхом?

21. Розкажіть послідовність проведення дослідів та обробки експериментальних даних.