7. Контрольные вопросы

1. Дать определение относительного и абсолютного покоя жидкости.

2. Что называется «поверхностью равного давления?»

3. Записать уравнение поверхности равного давления и пояснить его.

4. Какова форма свободной поверхности в рассматриваемом случае вращающегося сосуда и при абсолютном покое жидкости?

5. Как определить гидростатическое давление в любой точке дна и стенки вращающегося сосуда?

6. Есть ли разница в величине гидростатического давления на дно и стенки сосуда до начала вращения его и во время вращения?

7. Как вычислить силу избыточного давления на дно сосуда?

Назвать примеры относительного покоя жидкости, встречающиеся в технике.

Лабораторная работа № 3 определение режима движения жидкости

1. Цель работы

В данной лабораторной работе экспериментально изучается тема, относящаяся к разделу «Гидродинамика».

Целью работы является:

а) визуальное наблюдение режимов движения воды в стеклянной трубке;

б) экспериментальное определение чисел Рейнольдса для наблюдаемых режимов движения жидкости.

2. Основные положения и расчетные зависимости

В природе существуют два принципиально разных режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим движения характеризуется «слоистым» течением жидкости - бесконечно тонкие слои жидкости движутся друг по другу без перемешивания. Это можно наблюдать визуально, если в поток воды, текущей в прозрачной стеклянной трубе, ввести струйку (одну или несколько) окрашенной жидкости - она течет, не перемешиваясь с окружающей жидкостью.

Турбулентный поток характеризуется беспорядочным движением частиц, сопровождающимся интенсивным поперечным перемешиванием жидкости, в результате чего вся жидкость в трубе окрашивается.

Смена режимов происходит скачкообразно.

Для установления наличия того или иного режима движения жидкости в трубе вычисляется число Рейнольдса - безразмерная величина, определяемая по формуле:

(3-1)

где: - средняя скорость течения жидкости в трубе; d - внутренний диаметр трубы; - кинематический коэффициент вязкости жидкости.

При значениях чисел <2000 всегда имеет место ламинарный режим течения; при значениях >2320 - турбулентный режим; а при 2000<<2320 - область неустойчивых режимов.

Число Рейнольдса, равное 2320 называется критическим;

=2320.

Критическому числу Рейнольдса соответствует определенная средняя скорость течения в трубе, называемая критической, по величине которой также можно судить о режиме потока в трубе:

(3-2)

Установление режима движения жидкости является необходимым при определении потерь напора на трение в трубах. Потери напора на трение при разных режимах течения жидкости подчиняются разным законам: при ламинарном режиме потери пропорциональны средней скорости в первой степени, а при турбулентном становятся сначала пропорциональными средней скорости в степени больше единицы, а при больших числах Рейнольдса - пропорциональны скорости во второй степени (квадратичная область сопротивлений).

3. Описание установки

Изменение режима движения жидкости в трубопроводе можно наблюдать на приборе Рейнольдса, схема которого показана на рис. 3-1. Опытная установка состоит из напорного бака 1, в который вода поступает из водопроводной сети по трубе 7. Горизонт воды в баке поддерживается постоянным благодаря холостому сливу 6. Из напорного бака вода поступает в стеклянную трубу 2 с краном 3 на конце для регулирования количества жидкости, поступающей из резервуара в трубу. Кроме того, имеется бачок 4 с тонкой трубкой 5, которая подведена к центру трубы 2 и снабжена краном 10. В бачок 4 заливается подкрашенная вода. Для определения температуры, от которой зависит вязкость жидкости, служит термометр 8.

Количество жидкости, проходящей из резервуара 1 через трубу 2 измеряется при помощи мерного бака 9. Время, в течение которого заполняется мерный бак 9, засекается по секундомеру.