Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по вопросам гидродинамических режимов движения жидкостей (газов) в условиях внутренней задачи.

2. Путём визуального наблюдения за характером движения подкрашенной струйки установить качественное изменение гидродинамического режима при изменении скорости жидкости в трубе и, определив значение критерия Рейнольдса Re для этого случая, сравнить его с критическим Re_кр для прямых гладких труб.

3. Объяснить причину наблюдаемого в эксперименте качественного изменения гидродинамического режима движения потока.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.)

Рабочей жидкостью является вода, поступающая в бак 1 из водопровода через вентили 2 и 3. Для контроля за уровнем воды в баке 1 служит водомерное стекло 4, а постоянный уровень обеспечивается переливной трубой 5. Опорожнение бака 1 после окончания работы осуществляется через сливную трубу при открытом вентиле 6.

В рабочую ёмкость 7 вода из бака 1 поступает по трубе 8 с вентилем 9. Сливная труба с вентилем 10 служит для опорожнения рабочей ёмкости 7. Постоянный уровень воды в рабочей ёмкости 7 обеспечивается переливной трубой 11. Рабочая ёмкость имеет смотровое окно. Внутри её установлена перегородка из металлической сетки, назначение которой – погасить возмущения на входе в стеклянную трубу 12, обусловленные потоком воды, поступающей из бака 1 в рабочую ёмкость 7. Температура воды в ёмкости 7 измеряется термометром 22.

Стеклянная труба 12 внутренним диаметром 27 мм с двумя пъезометрами 13 и 14 одним концом заделана в сетчатую перегородку рабочей ёмкости 7.

Для измерения воды служит ротаметр 15 (РС-04Ж). Расход регулируется с помощью вентиля 16.

Индикатор режима движения потока в трубе – подкрашенная марганцовкой струйка воды подаётся из специального бачка 19 через регулирующий вентиль 20 по трубке 21 на вход в стеклянную трубу 12 (по оси).

Порядок работы

После изучения руководства и ознакомления с установкой приступить (с разрешения преподавателя) к работе.

Открыв вентили 2 и 3 (при закрытых вентилях 6 и 9), наполнить бак 1 (контроль за выполнением – по водомерному стеклу). Приготовить и залить в бачок 19 индикаторную жидкость (производится лаборантом). После заполнения водой бака 1 открыть вентиль 9, подав тем самым воду в рабочую ёмкость 7 (при закрытых вентилях 10, 16). Вентиль 3 прикрыть таким образом, чтобы во время эксперимента уровень воды в баке 1 оставался практически постоянным (следить и регулировать вентилем 3 во время работы). После заполнения ёмкости 7, о чём свидетельствует перелив лишней воды из неё по трубе 11 (устанавливается визуально и по характерному звуку сливающейся воды), можно начинать эксперимент.

Осторожно открыв вентиль 16, по ротаметру установить небольшой расход воды (5-10 делений) и подать индикаторную жидкость в трубу, открывая кран 20 таким образом, чтобы струйка индикаторной жидкости не размывалась в потоке. Следует иметь в виду, что любое изменение расхода воды или индикаторной жидкости возмущает поток и тем самым сказывается на поведении подкрашенной струйки. Поэтому, установив определенный расход, нужно выждать некоторое время (3-5 мин). Термометром 22 замерить температуру воды в ёмкости 7 (t, ⁰C).

Результаты наблюдения за поведением струйки подкрашенной жидкости в потоке записать, сделав небольшой схематический рисунок наблюдаемой картины. Охарактеризовать поток: ламинарный, переходный, турбулентный.

После этого, больше открывая вентиль 16, увеличить расход воды (на 5-10 делений по ротаметру, согласовав предварительно с преподавателем), записать показания ротаметра и результаты наблюдения за поведением индикаторной струйки жидкости.

Таким путём постепенно довести расход воды до максимально возможного в условиях данной установки (при полном открытии вентиля 16), каждый раз фиксируя показания ротаметра, характер движения потока и температуру воды.

По окончании работы закрыть вентили 3 и 20, открыть вентили 6 и 10 до полного слива воды из системы, после чего закрыть вентили 6, 10 и 16. Установку сдать учебному мастеру (лаборанту).