Описание экспериментальной установки
Рис. 1. Схема установки: 1 – насос; 2 – водяной манометр; 3 – спиртовой манометр;
4 – пружинный манометр; 5, 6, - краны
Подготовка к работе
1.Написать название и цель работы.
2.Изобразить схему жидкостного U-образного и механического манометров.
3.Подготовить таблицу измерений.
Экспериментальная часть работы
1.Перед началом опыта кранами 5 и 6 выровнять давление в измерительной полости манометров 2, 3, 4 и нагнетательной полости насоса 1 с атмосферным давлением.
2. Создать в полости насоса избыточное давление, записать показания жидкостных и пружинного манометров в таблицу 1.
3. Создать в полости насоса 1 разрежение, записать показания жидкостных и пружинного манометров в таблицу 1.
4. Опыты повторить дважды.
5. Вычислить избыточное и вакуумметрическое давления.
6. Сравнить результаты измерений, сделать выводы.
Таблица 1
Протокол эксперимента и результаты обработки данных
Давление |
Тип манометра |
|||||
U–образный спиртовой |
U-образный водяной |
механический |
||||
hс, м |
pс, Па |
hв, м |
pв, Па |
p, Н/м2 |
p, Па |
|
избыточное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вакуумметрическое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Что называют гидростатическим давлением? В каких единицах его выражают? Каковы его основные свойства?
2. Напишите основное уравнение гидростатики.
3. Как определить гидростатическое давление в точке?
4. Что называют абсолютным давлением, манометрическим давлением, вакуумом?
5. Какой наибольший вакуум возможен и чем он ограничивается?
6. В чем разница между напором и давлением?
Лабораторная работа №2
ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Цель работы: определение режима движения жидкости.
Теоретические сведения
При движении жидкости по трубам и каналам могут иметь место два, различных по своему характеру, режима движения жидкости. Ламинарный (слоистый, упорядоченный) режим движения имеет место при малых скоростях, малых размерах труб и каналов и большой вязкости жидкости. Турбулентный (вихревой, неупорядоченный) режим движения реализуется при больших скоростях, больших размерах каналов и малой вязкости жидкости, этот режим характеризуется интенсивным перемешиванием частиц жидкости в потоке. Английский физик Осборн Рейнольдс, изучая движение жидкости в стеклянных трубах установил, что режим движения жидкости определяется некоторым безразмерным числом (критерием подобия), которое впоследствии было названо числом Рейнольдса:
,
(1)
где - средняя скорость движения жидкости, м/с; d - диаметр трубы, м; - коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Скорость, при которой происходит переход от ламинарного режима к турбулентному, называется критической. Число Рейнольдса, соответствующее критической скорости кр, называется критическим и обозначается Reкр:
.
(2)
Критическое число Рейнольдса для труб круглого сечения равно Reкр= 2300. Если число Re < Reкр, то режим движения жидкости в трубе ламинарный. Если число Re > Reкр, то режим движения жидкости в трубе турбулентный. Переход от первого ко второму, как известно, происходит при значениях числа Рейнольдса больших, чем критическое Reкр. Следует подчеркнуть некоторую неопределенность этого понятия. Действительно, критическое число Рейнольдса (иногда его называют «нижним критическим») определяет границу устойчивого ламинарного течения, т.е. при Re < Reкр, для данных условий гарантированно устанавливается устойчивый ламинарный режим. При Re > Reкр ламинарное течение может существовать при отсутствии внешних возмущений, но является неустойчивым, т.е. спонтанно переходит в турбулентный режим даже при малых внешних возмущениях. Кроме того, существует переходный диапазон чисел Рейнольдса, больших критического, но близких к нему, в пределах которого течение является нестационарным, возникает перемежаемость, т.е. самопроизвольный переход от ламинарного режима к турбулентному и наоборот. Основное содержание работы состоит в установлении ламинарных и турбулентных режимов в трубе, визуальном наблюдении структуры течения, что оказывается возможным благодаря подкрашиванию струек, и в определении числа Рейнольдса для каждого режима.
Величина сил трения в жидкости и потери напора по длине трубы зависят от режима движения жидкости.