6. Как называется уклон напорной линии?
7. Какие значения принимает гидравлический уклон (положительные, отрицательные)?
8. Как называется линия, соединяющая значения удельной потенциальной энергии (пьезометрические напоры) в сечениях?
9. Как называется уклон пьезометрической линии?
10. |
Какие значения принимает пьезометрический уклон гидрав- |
лическ й уклон (полож тельные, отрицательные)? |
|
11. |
Как м прибором измеряется потенциальная энергия давле- |
ния в сечен ? |
|
12. |
Зав с т ли средняя скорость в сечении от величины объёма |
С |
|
вытекающей ж дкости в мерный ачок? |
|
13. |
Как е составляющие уравнения баланса энергии зависят от |
расхода ж дкости в тру опроводе? |
|
14. |
Могут ли ыть параллельны напорная и пьезометрическая |
? |
|
линии |
|
15. |
В каком случае напорная и пьезометрическая линии расхо- |
дятся? |
|
16. В каком случае напорная и пьезометрическая линии сходятся? |
|
17. |
Можетбли увеличиваться г.с.д. по длине потока в трубе по- |
стоянного диаметра? |
|
18. |
Возможно ли возникновение вакуума при движении жидко- |
А сти по трубопроводу, на которомДпроводилась лабораторная работа?
19. Как изменяются скорость и г.с.д. в сужающейся трубе?
20. Какая часть полной удельной энергии теряется при движе-
нии потока жидкости по горизонтальной сужающейся трубе?
2.2. Исследование режимов движения жидкости
Цель работы:
1.Визуально продемонстрировать существование различных режимов движения жидкости.
2.Определить для каждого режима движения число Рейнольдса.
3.Проанализировать соответствие критериев режима движения визуальному определению.
Приборы и инструменты: установка из компьютерной версии
по гидромеханике «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости (схема представлена на рис. 7).И
Установка представляет собой горизонтальную постоянного
23
диаметра стеклянную прозрачную трубу 2, вода в которую поступает из напорного бака 1. Кран 4 регулирует расход воды в трубе. Табло А показывает величину открытия крана. Мерный бачок 5 и секундомер 7 предназначены для определения расхода жидкости объёмным путём. В начале трубы и перед краном установлены пьезометры 3. Из
Сбачка 6 через капиллярную трубку подкрашенная жидкость поступает в стеклянную прозрачную трубу 1.
и б А Д
Рис. 7. Схема установки для изучения режимовИдвижения жидкости: 1 – напорный бак; 2 – стеклянная прозрачная труба; 3 – пьезометры; 4 – кран; 5 – мерный бачок; 6 – бачок с подкрашенной жидкостью; 7 – секундомер; 8 – индикатор разности уровней в пьезометрах
Для управления действиями студента при выполнении лабораторной работы на экране компьютера имеется «окно диалога».
24
Порядок выполнения работы:
1. В окне компьютерной программы «Содержание практикума» (рис. 8) выбрать «РАЗДЕЛ 1 (Прикладная гидромеханика)» и нажать клавишу Enter на клавиатуре компьютера.
СиРАЗДЕЛ 1 (Прикладная гидромеханика)
Рис. 8.бФрагмент 1 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости
2. В открывшемся окне «Перечень лабораторных работ» вы-
брать лабораторную работу «Иллюстрация ламинарного и турбулент- |
|
ГИДРОМЕХ |
|
ного режимов» (рис. 9) и войти в тему нажатием клавиши Enter на |
|
клавиатуре компьютераА. |
|
ПРИКЛ ДН Я |
НИКА |
|
И |
Рис. 9. Фрагмент 2 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости
25
3. В открывшемся окне выбрать оператор компьютерной программы «Указания по выполнению работы» (рис.10) и войти в него, нажав на клавишу Enter на клавиатуре компьютера.
Си
Рис. 10.бФрагментА3 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости
4. В открывшемся окне меню курсором выбрать оператор «Настройка экспериментальной установки» (рис. 11) и войти в него, нажав на клавишу Enter на клавиатуреДкомпьютера.
И
Рис. 11. Фрагмент 4 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости
26
5. В открывшемся окне курсором выбрать вид жидкости, указанный преподавателем, и вернуться в исходное меню, дважды нажав на клавишу Enter на клавиатуре компьютера (рис. 12).
СиР с. 12.бФрагмент 5 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практ кум» для изучения режимов движения жидкости
6. В открывшемся окне (см. рис. 10) выбрать оператор «Проведение эксперимента»Аи войти в него, нажав на клавишу Enter на клавиатуре компьютера.
Д И
Рис. 13. Фрагмент 6 экрана из компьютерной версии «Виртуальный практикум» для изучения режимов движения жидкости
27
7. В открывшемся окне (рис. 13), следуя указаниям «окна диалога», установить относительное открытие крана 4 так, чтобы из трубы 1 вода вытекала тоненькой струйкой (А равно 0,01…..0,1).
8. |
ледуя указаниям «окна диалога», для пуска краски из бачка |
6 в стеклянную трубу 2 и измерения расхода нажмите клавишу Q на |
|
С |
|
клавиатуре компьютера; наблюдайте, как формируется струйка кра- |
|
сителя в воде (рис. 14). |
|
9. |
нять показан я с мерного бачка W и секундомера t. |
10. нять с экрана компьютера показатели: d – диаметр трубы;
T – температура ж дкости; ν – кинематическая вязкость жидкости. |
|
жения |
|
11. Опыт повтор ть 3 – 4 раза, увеличивая открытие крана А от |
|
значен |
0,1 до 0,9. |
Все опытные данные занести в табл. 7. |
|
|
б |
Табл ца заполняется в соответствии с характеристикой струйки |
|
подкрашенной ж дкости, т.е. визуального определения режима дви- |
|
(р |
с. 14, 15, 16). |
|
А |
|
Д |
|
И |
Рис. 14. Демонстрация ламинарного режима движения (струйка прямая чёткая)
28
Обработка опытных данных
Различают два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим характеризуется параллельноструйным движением, турбулентный – хаотичным движением.
Критерием режима движения служит число Рейнольдса Re: |
|||
С |
|||
Re |
˂ |
2320 |
– ламинарный режим; |
Re |
˃ |
4000 |
– турбулентный режим. |
В нтервале ч сел Re от 2320 до 4000 – переходное состояние потока от лам нарного к турбулентному режиму (см. рис. 15).
Для дв жен я ж дкости в трубопроводах (закрытых руслах) |
||||
тическая |
|
|
|
|
число Рейнольдса определяется по формуле |
|
|||
|
Re |
Vd |
, |
(20) |
|
|
|
|
|
б |
|
|||
где V – средняя скорость в живом сечении трубопровода; ν - кинема- |
||||
вязкость ж дкости. |
|
|
|
|
А |
|
|||
|
Д |
|
||
|
|
|
И |
|
Рис. 15. Демонстрация переходного состояния потока от ламинарного режима к турбулентному
(струйка извивается спиралью)
29
1. Определить расход воды объёмным путём по формуле (15):
Q = W / t,
где W – объёмное количество жидкости в мерном бачке; t – время напол-
|
нения данного объёма жидкости. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2. Вычислить площадь живого сечения трубопровода по форму- |
|||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ле (16): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ω = πd2/4. |
|
|
|
|
|
|
|
3. Определ ть среднюю скорость в живом сечении трубопрово- |
|||||||||
|
да по формуле (17) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
режима |
V = Q/ω. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
4. Выч сл ть ч сло Рейнольдса по формуле (20). |
|
|
|||||||
|
|
5. Проанал з ровать и сделать вывод о соответствии критериев |
|||||||||
|
|
|
дв жен я в зуальному определению. |
|
|
|
|||||
|
|
Расчётные вел ч |
ны занести в |
. 7. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
Опытные расчётные величины для определения режима движения |
||||||||||
|
№ |
|
Характер ст ка |
W, |
t, |
d, |
T, |
ν, |
Re |
Режим |
|
|
п/п |
|
струйки |
|
см3 |
с |
см |
°C |
см2/с |
движения |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|||
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
табл |
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
Струйка прямая |
|
|
|
|
||||
|
|
|
чёткая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Струйка |
|
|
|
Д |
|
|||
|
2 |
|
извивается |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
спиралью |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Струйки не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
видно, краситель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
смешался с водой |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Какие режимы движения жидкости выИзнаете?
2.Чем визуально характеризуется ламинарный режим движения жидкости?
3.Чем визуально характеризуется турбулентный режим движения жидкости?
4.Что является критерием режима движения жидкости?
5.Каким значением числа Рейнольдса ограничен ламинарный режим в трубопроводах?
30
6. Каким значением числа Рейнольдса ограничен ламинарный режим в открытых руслах?
7. Число Рейнольдса зависит от вида жидкости?
8. Какое число Рейнольдса является нижним пределом турбулентного режима движения в трубопроводах и при движении жидко-
Ссти в открытых руслах?
9. Изменится ли число Рейнольдса, если площадь живого сечения увел ч ть в 4 раза?
10. Измен тся ли режим движения жидкости, если расход в тру-
бопроводе данного д аметра увеличить в 4 раза? и б А Д И
Рис. 16. Демонстрация турбулентного режима движения (струйки не видно, краситель смешался с водой)
31