М етодика проведения работы
Включить тумблер 9 и при помощи ручки 8 выпрямителя с реостатом установить заданное преподавателем число оборотов сосуда. Выждать пока жидкость в сосуде не придет в состояние относительного равновесия, о чем судят по стабилизации свободной поверхности и неизменяемой высоте параболоида. Замерить высоту h , для чего использовать разметку, нанесенную на стенку сосуда.
Обработка результатов эксперимента
Определить окружную скорость , м/с стенки сосуда по формуле
, (2.3)
где D – внутренний диаметр сосуда, м; n – частота вращения объема, мин-1.
Рассчитать высоту параболоида вращения hр , м, по формуле
. (2.4)
Сравнить рассчитанную высоту параболоида вращения hр с фактической величиной h и пояснить причину возможного расхождения.
Данные замеров и результаты вычислений занести в табл.2.1.
Таблица 2.1
D, м |
h, м |
n, мин-1 |
, м/с |
hр, м |
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
Относительное равновесие (покой) жидкости. Примеры такого равновесия, встречающиеся в природе и использующиеся в технике.
Вывод дифференциальных уравнений Эйлера. Физический смысл слагаемых, входящих в уравнения Эйлера для поля сил земного тяготения.
Силы, действующие на жидкость при равномерном вращении ее вокруг вертикальной оси в цилиндрическом сосуде. Вывод уравнения свободной поверхности для рассматриваемых условий.
Экспериментальная установка и порядок выполнения работы на ней. Правила безопасной работы на установке.
Анализ результатов эксперимента и выводы по работе.
Список основных источников: [1, с.31-34].
Лабораторная работа № 2 изучение режимов движения жидкости
Цель работы – визуально наблюдать режимы движения жидкости, установить опытным путем критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный.
Теоретическая часть. Существует два режима течения: ламинарный и турбулентный. Обычно при малых скоростях струйки жидкости движутся параллельно, скользя относительно друг друга. При непрерывном возрастании скорости потока будут нарастать потери напора из-за трения жидкости (пропорционально скорости). Такой режим называется ламинарным. Когда значение числа Рейнольдса (Re), определяемого средней скоростью потока , диаметром трубы d, плотностью жидкости и динамической вязкостью жидкости достигнет определенного критического значения (Reкр = 2300), режим движения резко, скачкообразно начинает меняться. Проявляет действие всеобщий закон о переходе количества в качество. При больших скоростях наблюдается поперечное перемещение струек жидкости за счет образования вихрей. Потери напора на трение будут нарастать и стремиться к квадратичной зависимости от скорости.
Если Re < 2300, то должен иметь место ламинарный режим; если Re > 2300, то режим турбулентный.
Необходимо отметить, что приведенное критическое значение число Рейнольдса является в известной степени условной величиной, так как трудно обнаружить резкий переход от ламинарного режима к турбулентному. В действительности наблюдается так называемая «переходная» область исчезновения ламинарного режима, установления турбулентного состояния потока. Числовые значения критерия Рейнольдса для неразвитого турбулентного режима находятся в пределах 2300 10000. При Re > 10000 режим потока становится развитым турбулентным.
При уменьшении скорости жидкости возможен обратный переход к ламинарному режиму движения.
При движении реальных жидкостей возникают силы сопротивления, вследствие чего как при ламинарном, так и при турбулентном режиме часть напора теряется на преодоление гидравлических сопротивлений. Эти потери различны, так как условия движения жидкости при разных режимах различны, поэтому при проведении гидравлических расчетов систем и решении задач, связанных с движением жидкости, необходимо вначале установить режим движения жидкости.
В большинстве технологических аппаратов наблюдается турбулентный режим движения, обеспечивающий более интенсивное протекание тепломассообменных процессов.