15

3.3. Лдбораторная ?абота n 3

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы

Цель работы - визуальное наблюдение режимов движения жидкости в стеклянной круглой трубке и экспериментальное определение крите­риев Рейнольдса, соответствующих наблюдаемым режимам течения.

Общие сведения

При движении жидкости возможны два различных по своему харак­теру режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

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

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

Наличие ламинарного или турбулентного режима зависит от ско­рости движения, вязкости жидкости и от геометрических размеров жи­вого сечения потока. Скорость, при которой происходит смена режимов движения, называется критической скоростью."

Критерием для определения режима движения является безразмер­ное число Рейнольдса и определяется по формуле

Re = Vd/v ,

для потока произвольного поперечного сечения

(1)

Re = VR_r/v , (2)

где V - средняя скорость жидкости;d - диаметр трубы; R_r -гидравли­ческий радиус; ν - кинематическая вязкость жидкости.

Дополнительно вводят понятие нижнего критического числа Рай-Нольдса Re и верхнего критического числа Рейнольдса Rßkp .

Режим будет ламинарным, если Re < Re χρ , и турбулентным,

16

Критическое число Рейнольдса для круглых труб принимается рав­ным 2000-2300; для гибких шлангов 1600-2000; для плоских и конусных клапанов 260, краны распределительные - 550-750.

Экспериментальная установка

Для изучения режимов движения жидкости используют прибор Рей­нольдса, схема которого показана на рис. 3.3.1. Прибор состоит из напорного бака 2, к которому присоединена прозрачная стеклянная трубка 3 с краном 4, позволяющим регулировать расход Q жидкости в трубе. К напорному баку прикреплен бачок 1, наполненный жидкой краской, которая по тоненькой трубке подводится к стеклянной труб­ке. Изменение расхода, а следовательно, и средней скорости течения воды в стеклянной трубке производится с помощью мерного бака 5.

Рис. 3,3.1. Схема экспериментальной установки

В учебном процессе лаборатории "Гидравлика" для. изучения ре­жимов движения жидкости используется установка типа ГВ4 (прибор Рейнольдса), которая разработана в соответствии с перечнем

17

типового учебно-лабораторного оборудования для кафедры высших учеб­ных заведений.

Схема установки приведена на плакате, вывешенном рядом с уста­новкой. Установка содержит напорный бак, стеклянную трубку, резер­вуар с краской, мерный бак, водораспределительные коллекторы и ор­ганы управления. Органы управления установкой расположены на передней панели и представляют собой рукоятки соответствующих кра­нов.

Техническое обслуживание установки производится учебным масте­ром.

Порядок выполнения работы

Работа по установке заключается в визуальном наблюдении лами­нарного и турбулентного режимов движения воды в стеклянной трубке и выполняется в следующей последовательности:

1. При повороте рукоятки 4 против часовой стрелки вода из во­ допроводной сети по напорному трубопроводу поступает в напорный бак и стеклянную трубку.

2. Поворотом рукоятки 1 в том же направлении обеспечивается поступление краски в стеклянную трубку. После установления постоян­ ного горизонта воды в напорном баке поворотом рукоятки 2 против ча­ совой стрелки открывается кран, регулирующий скорость движения воды в стеклянной трубке. ■

При незначительной скорости движения воды в стеклянной трубке устанавливается ламинарный режим движения.и -.краска, подводимая в стеклянную трубку, окрашивает только одну струйку потока.

Увеличивая скорость движения воды, заметим, что ламинарный ре­жим движения сохраняется до какой-то определенной величины скорос­ти, после чего режим движения жидкости становится турбулентным -вода в стеклянной трубке окрашивается по всему объему, имеет место беспорядочное движение частиц потока.

При проведении вышеописанных опытов кран 3 должен быть открыт.

3. Кроме визуальных наблюдений необходимо определить критерий Рейнольдса, соответствующий вышеуказанным режимам движения. ■ - ■;,

Для подсчета критериев Рейнольда необходимо знать расход жид­кости в единицу времени, измеряемый., на данной установке объемным способом. Суть этого способа состоит в измерении объема жидкоОВИ W, заполняющей мерный бак за определенное время Тс; ,, измеряемой се­кундомером. Наполнение мерного бака осуществляется

18

поворотом рукоятки 3 по часовой стрелке.

При закрытии крана 3 вода из стеклянной трубки будет попадать в мерный бак. После некоторого произвольного наполнения бака произ­вести отсчет по шкале указателя уровня с одновременным включением секундомера. Через некоторое время снова произвести отсчет по шкале указателя уровня и выключить секундомер.

Пользуясь тарировочным графиком, по отсчетам уровней в мерном баке определяется объем поступившей в бак воды - W см³ и время на­полнения бака - Τ с . Тарировочный график помещен на установкеГВ4.

4. Измерить температуру воды в заполненном баке.Значение кине-метического коэффициента вязкости принимается по справочному посо­бию [3, с.14] .

Обработка результатов опыта

Обработку опытных данных рекомендуется выполнять в табличной форме. При этом вычисляют:

1. Расход воды , /

где Wi И Wi - объемы воды в мерном баке соответственно до наполне­ния (начальный) и после наполнения (конечный); Τ -г продолжительность наполнения объема.

2. Среднюю скорость течения воды в стеклянной трубке V = Q/a> см/с,

где о - площадь живого сечения потока, см².

Скорость, при которой происходит смена режимов движения, назы­ вается критической. . . .·.

3. Число Рейнольдса Re=Vd/v,

где d - диаметр стеклянной трубки.

Таблица 3.3.1