Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1. Краткое описание работы, ее цель.

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 вопросы теории по теме работы.

Виды движения жидкости. Элементы потока жидкости. Расход жидкости и средняя скорость. Уравнение неразрывности. Объемный способ определения расхода жидкости. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкостей. Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса. Практическое приложение знания режимов движения жидкости.

Литература: [3, с.58-60], [5, с. 100-143], [6, с.69-72, 225-235], [8, с.69-72], [14, с.110-124].

3. Описание лабораторной 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 мерной емкости 9. Время, в течение которого заполняется мерный бак 9, засекается по секундомеру.

Рис.3.1. Схема лабораторной установки [13]

4. Порядок проведения опытов.

1) До начала опытов следует заполнить напорный бак 1 водой, а бачок 4 – подкрашенной жидкостью.

2) С помощью крана 3 устанавливают в трубе 2 небольшой расход, при котором имеет место ламинарный режим.

3) Постепенным открытием краника 10 по трубке 5 подается красящая жидкость в виде тонкой струйки.

4) Наблюдая ламинарный режим, измеряют расход, засекая время наполнения мерного бака.

5) Постепенное открытие крана 3 приводит к увеличению скорости течения в трубе, появлению колебаний, а при достижении критической скорости – к быстрому перемешиванию окрашенной струйки с потоком воды. Вновь производятся замеры расхода.

6) После выполнения замеров при ламинарном, турбулентном режиме и в момент смены режимов замеряется температура воды в напорном баке.

5. Обработка экспериментальных данных.

Необходимые вычисления:

1) Расход воды в стеклянной трубе:

,

где – объем воды, поступившей в мерный бак;– время наполнения бака.

2) Средняя скорость течения в стеклянной трубе:

.

3) Кинематический коэффициент вязкости воды по формуле Пуазейля:

,

где – температура воды в градусах Цельсия.

4) Число Рейнольдса по формуле

.

5) Критическая скорость течения в трубе по формуле

.

6. Форма отчета.

Таблица3.1 – Регистрация опытных данных [13]

№ опыта	Диаметр трубы , см	Объем воды , см3	Время наполнения бака , с	Температура воды , ºС
1
2
3

Таблица3.2 – Обработка опытных данных

№ опыта	Площадь поперечного сечения трубы , см2	Расход воды , см3/с	Средняя скорость течения , см/с	Коэффициент кинематической вязкости , см2/с	Число Рейнольдса	Режим движения жидкости
1
2
3