Изучение режимов движения жидкости

 

Цель работы - визуальное наблюдение устойчивых режимов движения воды в стеклянной трубке и экспериментальное определение критериев Рейнольдса, соответствующих указанным режимам движения.

 

Основные положения и расчетные зависимости

 

При протекании жидкости по трубам и каналам могут иметь место два различных по своему характеру режима движения: ла­минарный и турбулентный.

Ламинарный - такой режим, при котором поток жидкости движется отдельными струйками или слоями и траектории отдельных частиц жидкости не пересекаются между собой, линии тока совпадают с траекториями частиц.

Турбулентный - такой режим, при котором частицы жидкости перемешиваются и траектории отдельных частиц представляют сложные линии, пересекающиеся между собой.

Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движе­нии жидкостей повышенной вязкости, а также грунтовых вод.

В большинстве случаев инженерной практики при движении воды имеет место турбулентный режим движения.

Впервые мысль о существовании двух режимов движения жид­кости высказал Д. И. Менделеев в 1880 году. Дальнейшие исследо­вания Н. П. Петрова, а также О. Рейнольдса, наиболее полно ис­следовавшего этот вопрос, подтвердили положения Д. И. Менде­леева о наличии двух режимов движения жидкости.

Наличие ламинарного или турбулентного режима зависит от скорости движения, вязкости жидкости и от геометрических раз­меров живого сечения потока. Опыты О. Рейнольдса и других уче­ных показали, что при постепенном увеличении скорости, движе­ние сохраняется ламинарным лишь до какой-то определенной ско­рости, после которой наступает турбулентный режим. При прове­дении опытов в обратном порядке, то есть, при уменьшении скорос­ти, турбулентный режим сохраняется также до какой-то опреде­ленной скорости, после чего переходит в ламинарный.

Скорость, при которой происходит смена режимов движения, называется критической скоростью.

При этом различают две критические скорости: нижнюю и верхнюю. При нижней критической скорости турбулентное движе­ние переходит в ламинарное; при верхней - ламинарное движение переходит в турбулентное. Таким образом, выявление режима дви­жения жидкости может быть произведено путем сопоставления средней скорости движения со значениями критических скоростей. В практике для решения вопроса о том, какой из двух вышеуказанных режимов движения имеет место, в каждом конкретном случае используют критерий Рейнольдса:

,

где  V - средняя скорость течения жидкости, м/с;

l - любой линейный размер живого сечения потока, м;

ν - кинематический коэффициент вязкости жидкости, м²/с.

В качестве величины l обычно принимают: гидравлический ра­диус, в случае круглой трубы l = d - диаметру трубы.

При проведении опытов следует обратить внимание на то, что изменение характера движения частиц воды при использовании данной установки обусловливается только изменением величины средней скорости — размеры живого сечения потока и вязкости жидкости остаются неизменными.

 

Состав работы.

 

Провести два опыта по визуальному наблюдению за подкрашенной жидкостью при разных режимах ее движения, измерить расходы и температуру воды. Обработать опытные данные для вы­числения чисел Рейнольдса, соответствующих полученным в опы­тах ламинарному и турбулентному режимам движения.