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 Re_крповторить 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,м^3
Время наполнения , с
Расход воды в трубе Q,м^3/с
Средняя скорость движения ,м/с
Число Рейнольдса Re
Режим движения

Контрольные вопросы

1. Ламинарный режим движения, его особенности.

2. Турбулентный режим движения, его особенности.

3. Число Рейнольдса для цилиндрических труб и для потоков с некруглым сечением.

4. Значение режима движения для расчета трубопроводов.

5. 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 балансустановившегося 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 (h_пот) 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 h_в– потери на трение (линейные потери),м;h_м.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.