Опис установки, об’єм і методика проведення досліджень

Установка (рис. 2.2) для дослідження зміни форми вільної поверхні рідини, що знаходиться в циліндричній судині, яка обертається відносно своєї вертикальної осі, складається зі скляної циліндричної судини 1, що приводиться в обертання електродвигуном постійного току 4. У судину залито мінеральне масло.

Рис. 2.2. Прилад для дослідження форми поверхні рідини.

Заміри координат вільної поверхні рідини проводяться за допомогою системи лінійок 3 і щупа 2. Уся установка змонтована на плато 6, яке за допомогою гвинтів 5 може змінювати своє положення, чим досягається вертикальність осі обертання судини 1. На щиті установки розташовані рукоятка регулятора напруги, що подається електродвигуну, і тумблер реверса.

Дослідження форми вільної поверхні рідини проводять при трьох частотах обертання судини. Перед включенням установки ставлять щуп 2 уздовж осі циліндра так, щоб гострий кінець його дотикався вільної поверхні рідини (початок координат). Положення щупа фіксується підрахунками на вертикальній і горизонтальній лінійках. Потім за допомогою тумблера і рукоятки напруги установлюють невелику частоту обертання судини та через деякий час пересуванням щупа в вертикальній і горизонтальній площинах визначають координати форми вільної поверхні рідини, що встановилися при даній частоті обертання ₁, звертаючи при цьому о с о б л и в у у в а г у на точне вимірювання висоти меніска Н.

Далі, роблять те ж саме при інших частотах обертання судини ₂ і ₃. Дані дослідження заносяться в таблицю, форму якої розроблюють самі дослідники.

Розрахунок кутових швидкостей і частот обертання роблять за формулами (2.8). Результати розрахунку заносяться також у табл.2.1.

Таблиця 2.1.

n, об/хв.	80		100		120
Координати	X	Y	X	Y	X	Y
Дослід 1
Дослід 2
Дослід 3
Дослід 4

Завдання до самостійної роботи

2.1. Вивести рівняння збільшення тиску при вимірюванні координат у загальному випадку рівноваги рідини.

2.2. Вивчити питання прямолінійного рівноприскореного руху судини з рідиною.

2.3. Вивчити питання рівномірного обертання судини з рідиною.

Контрольні питання

1. Що називається гідростатичним тиском та які його основні властивості?

2. Як виражається основне рівняння гідростатики?

3. Що таке поверхні рівного тиску?

4. Яку поверхню рідини називають вільною?

5. Які сили діють на рідину в випадках абсолютного і відносного спокою?

6. Яку форму набувають поверхні рівного тиску при прямолінійному русі судини з рідиною: рівномірному, з позитивним прискоренням, з від’ємним прискоренням?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Тема: ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУХУ РІДИНИ І ВИЗНАЧЕННЯ ДЕЯКИХ ФІЗІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РІДИНИ

Мета роботи:Дослідження режимів руху рідини по прямому трубопроводу, визначення основних характеристик руху - витрати і швидкості, розрахунок критерію Рейнольдса, визначення густини, кінематичного і динамічного коефіцієнтів в’язкості і вивчення впливу температури на ці величини.

Теоретичні передумови до виконання роботи

Виділяють три режими руху рідини: ламінарний, перехідний і турбулентний. Наочне уявлення про характер режимів руху і їхніх ознак можна одержати, якщо провести дослідження цих режимів на установці, яка схематично зображена на рис.3.1. Якщо струминка підфарбованої рідини не змішується з основною масою рідини, то режим руху вважається ламінарним, в іншому випадку – турбулентним.

Кількісно режим руху характеризується величиною критерію Рейнольдса (Re), який визначається за формулою:

, або (3.1)

де  - швидкість руху рідини, м/с;

• - густина рідини, кг/м³;

d_e - еквівалентний діаметр перерізу труби, м;

 - динамічний коефіцієнт в’язкості рідини або газу, Пас;

 - кінематичний коефіцієнт в’язкості, м²/с.

Для визначення швидкості руху рідини необхідно знати витрату рідини (м³/с), яку визначають за допомогою мірного циліндру і часу, за який в мірний циліндр натече вода.

(3.2)

В результаті досліджень установлено, що режим руху буде стійко ламінарним, коли число Рейнольдса в даних умовах менше за 2300. Коли число Рейнольдса перевищує 10000, то режим стійко турбулентний. Проміжні значення Re відповідають перехідному режимові.

Характер руху істотно впливає на втрати енергії при русі, які в свою чергу залежать від коефіцієнту тертя .

При ламінарному русі коефіцієнт тертя може бути підрахований за формулою:

 = (3.3)

де А – коефіцієнт, який залежить від перерізу каналу (для круглого перерізу дорівнює 64);

при турбулентному русі:

а) для гідравлічно гладких труб (скляні, мідні, свинцеві)

 = (3.4)

б) для гідравлічно шорстких труб (стальні, чавунні) коефіцієнт тертя підраховують або за формулою

(3.5)

або за графічною залежністю  від Re i величини d_e/e, де е – абсолютна шорсткість труби (довідкові дані, залежить від матеріалу труби і його стану).

Аналіз наведених залежностей показує, що характер руху рідин та газів, втрати енергії при русі, коефіцієнт тертя залежать від таких фізичних характеристик рідини, як її густина та в’язкість. Ці величини залежать від зовнішніх умов – температури та тиску. Вплив температури на густину та в’язкість рідини досліджується в даній роботі.