Описание устройства:

Лабораторное устройство состоит из резервуара 1 частично запол­ненного жидкостью (водой), и полости 2, сообщающейся с атмосферой через кран 3 (рис. 2. а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 1 служат жидкостные приборы 4, 5 и 6. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

Пьезометр 4 сообщается верхним концом через полость 2 и кран 3 с атмосферой, а нижним концом - с резервуаром 1. Пьезометр служит для определения избыточного давления на дне резервуара.

Уровнемер 5 соединен обоими концами с резервуаром и служит для измерения уровня жидкости в нем.

Мановакуумметр 6 представляет собой U– образный канал, частично заполненный жидкостью. Левое колено подключено к резервуару, правое – к полости 2. Прибор предназначен для определения избыточного (рис. 2. а) или вакуумметрического (рис. 2. в) давления над свобод­ной поверхностью жидкости в резервуаре 1. Давление в резервуаре можно изменить наклоном устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180° (рис. 2. г) ка­нал 5 остается уровнемером, колено мановакуумметра 6 преобразуется в пьезометр 7, а пьезометр 4 – в вакуумметр 8, служащий для опреде­ления разрежения над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 1.

Проведение опыта:

1. В резервуаре 1 над жидкостью создать давление p₀ выше атмос­ферного p_а, при этом наблюдаются превышение уровня жидкости в пьезометре 4 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 6 (рис. 2. а). Для этого, устройство поставить на левую боковую поверхность, а затем перелить часть жидкости из пра­вого колена мановакуумметра 6 в резервуар 1 поворотом устройства по часовой стрелке.

2. Кратковременно открыть кран 3, снять показания пьезометра h_n, уровнемера Н и мановакуумметре h и занести их в таблицу наблюдений 2.1.

3. Над жидкостью в резервуаре 1 установить атмосферное давление (p₀=p_а), для чего получить совпадение уровней жидкости в мановакуумметре 6, переливая в него жидкость из резервуара наклоном устройства влево (рис.2. б). Затем выполнить операции по п.2.

4. Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 1 создать разрежение (вакуум): уровень жидкости в пьезометре 4 становится ниже, чем в резервуаре, а на мановакуумметре 6 появляется обратный перепад (рис.2. в). Для этого поставить устройство на правую бо­ковую поверхность, а затем наклоном его влево перелить часть жидкости из резервуара в мановакуумметр. Далее выполнить оперений п.2, при этом мановакуумметр покажет вакуумметрическую высоту h_в.

5. Повернуть устройство в его плоскости против часовой стрелки на 180° (рис. 2. г) и снять показания пьезометра h_n, уровнемера Н и вакуумметра h_в.

6. Измерить барометром атмосферное давление р_а.

Обработка результатов опыта:

1. Для условий опыта (рис. 2. а) и (рис. 2. б) вычислить избыточное давление на дне резервуара:

(20)

где ρ=998 кг/м³ – плотность воды.

2. Рассчитать абсолютное давление на дне резервуара по показа­ниям пьезометра:

(21)

3. Вычислить избыточное давление в резервуаре над жидкость:

(22)

4. Определить абсолютное давление в резервуаре над жидкостью:

(23)

5. Рассчитать абсолютное давление на дне резервуара по показа­ниям мановакуумметра и уровнемера:

(24)

6. Для оценки сопоставимости результатов определения абсолютного давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погреш­ность:

(25)

7. Для условий опыта (рис. 2. в) и (рис. 2. г) выполнить п. 1 и 2.

8. Вычислить вакуумметрическое давление в резервуаре над жидкостью:

(26)

9. Определить абсолютное давление в резервуаре над жидкость:

(27)

10. Выполнить п. 5 и 6. Результаты расчетов занести в таблицу наблюдений 2. 1.

Таблица наблюдений 2.1.

Условия опыта	hn	Н	h	hв	Ри	Р	Рио	Рво	Ро	Р'	δр
	мм	мм	мм	мм	кПа	кПа	кПа	кПа	кПа	кПа	%
а				―				―
б				―				―
в			―				―
г			―				―

Примечание: р_а=

Отчет по работе:

Отчет по работе должен включать следующие пункты:

1. Титульный лист.

2. Наименование и цель работы.

3. Схему опытной установки.

4. Таблицу наблюдений.

5. Обработку результатов опыта.

6. Определение погрешности измерений основных величин.

7. Выводы.

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы:

Закрепление знаний по разделу "Режимы течения жидкостей", наблюдение потоков жидкости с различной структурой и приобретение навыков по установлению режима течения.

Задание:

1. Провести визуальное исследование структуры ламинарного и турбу­лентного потоков.

2. Проследить за изменением картины течения при из­менении скорости потока.

3. Определить числа Рейнольдса для наблюдаемых потоков.

Теоретические основы метода:

Существуют два резко отличающихся друг от друга режима движения жидкости: ламинарный, при котором отдельные струи жидкости, пере­мещаясь, не смешиваются между собой, и турбулентный, когда струи жидкости интенсивно и беспорядочно перемешиваются. В каждой точке турбулентного потока наблюдаются пульсации давления и скорости те­чения жидкости.

Опытами установлено, что ламинарный режим сменяется турбулент­ным при определенном значении безразмерной величины, получившей название числа (критерия) Рейнольдса:

(28)

где средняя скорость потока;

кинематический коэффициент вязкости жидкости;

d_r– гидравлический (эквивалентный) диаметр канала.

Для круглых труб d_r соответствует диаметру трубы, а в общем случае для канала с поперечным сечением произвольной формы:

(29)

где ω – площадь живого сечений потока;

χ – смоченный периметр.

Ламинарный режим течения жидкости в канале сохраняется при Re<Re_кр, турбулентный – при Re>Re_кр. Критическое число Рейнольдса Re_кр обычно лежит в пределах от 2000 до 3000 и в сред­нем составляет 2300.

Таким образом, числа Рейнольдса малы и, следовательно, ламинар­ный режим наиболее вероятен при малых скоростях течения в каналах небольшого поперечного сечения (порах, капиллярах) или при движении жидкостей с большой вязкостью (нефть, мазут, масло и пр.). Турбу­лентный режим чаще встречается при движении маловязких жидкостей (вода, бензин, керосин и др.) в трубах и каналах.