Описание установки
Установка для определения числа Рейнольдса (рис.2.3) состоит из напорного бака 1, питательного трубопровода 2 с регулирующим вентилем 3, успокоителя 4, мерного бака 5, стеклянной трубы 6 диаметром 0,03 м, предназначенной для наблюдения за режимами движения, и бачка с раствором красителя 7. Во избежание переполнения бака в нем предусмотрен водослив. Подача красителя регулируется краном 8.
Методика проведения работы
Наполнить водой напорный бак 1. Уровень воды в баке при проведении опытов должен поддерживаться постоянным. Это достигается с помощью водослива.
Все опыты проводить при установившихся потоках.
Приоткрыть вентиль 3 на питательном трубопроводе и для подачи красителя открыть кран 8. Подкрашенная струйка при ламинарном режиме должна быть прямой. Зарисовать наблюдаемую картину движения жидкости в трубе.
Открывая вентиль 3 и плавно увеличивая расход воды, добиться начала разрушения ламинарного режима. При некотором открытии вентиля окрашенная струйка начинает искривляться и становиться волнообразной.
Закрыть кран на сливной трубе 9 и определить расход жидкости и помощью мерного бака и секундомера. Измерить температуру воды и найти соответствующее значение кинематического коэффициента вязкости (приложение А).
По полученному значению расхода и критической скорости определить критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный (определение Reкр повторить не менее 3-х раз).
Открыть полностью вентиль 3. Наблюдать турбулентный режим течения и зарисовать картину движения ее подкрашенной части.
Обработка результатов эксперимента
Определить расход, м3/с
, (2.5)
где W – объем жидкости в мерном баке, м3; - время наполнения, с.
Определить среднюю скорость движения, м/с
, (2.6)
где S – площадь сечения трубы, м2.
Определить число Рейнольдса
. (2.7)
Результаты опытов и расчетов внести в табл.2.2.
Таблица 2.2
Наименование параметра |
Опыт 1 |
Опыт 2 |
Опыт 3 |
Объем жидкости в мерном баке W, м3 |
|
|
|
Время наполнения , с |
|
|
|
Расход воды в трубе Q, м3/с |
|
|
|
Средняя скорость движения
|
|
|
|
Число Рейнольдса Re |
|
|
|
Режим движения |
|
|
|
,
м/с
Контрольные вопросы
Ламинарный режим движения, его особенности.
Турбулентный режим движения, его особенности.
Число Рейнольдса для цилиндрических труб и для потоков с некруглым сечением.
Значение режима движения для расчета трубопроводов.
Причины разрушения ламинарного режима.
Список основных источников: [1, с.62-65; 2, с.65-67; 3, с.38-41].
Лабораторная работа № 3
МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ
БАЛАНСЫ ПОТОКА
Цель работы – освоение техники экспериментального определения гидродинамических характеристик потока, а также получение наглядного представления о том, как закон сохранения энергии определяет взаимосвязь параметров потока; усвоение роли скорости течения жидкости на изменение величины потерь напора.
Материальный баланс установившегося потока описывается уравнением расхода
;
,
(2.8)
где Q – объемный расход жидкости, м3/с; – средняя скорость потока в сечении, м/с; М – массовый расход жидкости, г/с; – плотность жидкости, кг/м3; S – площадь сечения потока, м2.
Для трубопровода с переменным сечением материальный баланс потока описывается уравнением неразрывности
(2.9)
или
, если = const.
(2.10)
Энергетический баланс потока идеальной жидкости характеризуется уравнением Бернулли
.
(2.11)
Для двух произвольных сечений
,
(2.12)
где Н – гидродинамический напор, или полная удельная энергия, приходящаяся на единицу веса жидкости, М столба перекачиваемой жидкости; z – геометрический напор, м; z + p/(g) – пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия потока жидкости), м; 2/(2g) – скоростной напор (удельная кинетическая энергия потока жидкости), м.
Реальная жидкость вследствие вязкости испытывает сопротивление при движении, и удельная энергия не может сохраняться неизменной вдоль потока. В этом случае в уравнение Бернулли вводится поправка на потери напора (hпот) при переходе от некоторого сечения потока к сечению, расположенному ниже по течению:
.
(2.13)
Потери напора (потери энергии), затрачиваемого на преодоление сопротивлений при движении жидкости слагаются из 2-х видов потерь
, (2.14)
где hв – потери на трение (линейные потери), м; hм.с. – местные потери из-за резкого изменения конфигурации потока, м.
Из уравнения Бернулли следует, что все составляющие полного напора равноправны в создании напора. При изменении сечения трубопровода происходит превращение энергии.
Величина напора определяет затраты энергии на перемещение жидкости, а по ним подбирается мощность насоса.