Режимы отчет

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика

Лабораторная работа № 2

По дисциплине _______________________________________________________

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Изучение режимов движения жидкостей

Тема: _________________________________________________________________

Выполнила: студентка гр. _СТ-11 /______________ / /Максимова Е. Н./

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент /______________/ /Воронов В.А. /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

ОЦЕНКА: ________________

Дата: _____________________

Санкт-Петербург

2013

Цель работы – изучить режимы движения жидкостей, научиться определять режим течения жидкости по ее основным параметрам.

Теоретические основы работы

Существует два основных режима течения жидкости:

1. Если отдельные слои, струйки жидкости или газа перемещаются, не смешиваясь между собой, то режим движения потока – ламинарный.

2. Если частицы жидкости движутся хаотично, перемешиваясь между собой и течение сопровождается массообменном между слоями, то режим движения потока – турбулентный.

Число Рейнольдса – это безразмерный комплекс величин, отображающий взаимодействие сил инерции и внутреннего трения. Оно определяется по формуле

(1)

где - средняя скорость потока; - диаметр трубы; - плотность жидкости или газа; - динамический коэффициент вязкости; - кинематический коэффициент вязкости.

Критическое число Рейнольдса характеризует переход движения жидкости от ламинарного к турбулентному для потоков в круглых трубах. Критическое число Рейнольдса для воды составляет .

Схема установки:

Схема установки Рейнольдса для определения вида течения жидкости представлена на рисунке 1.

1 – кран; 2,9 – металлические баки; 3 – бачок с подкрашенной жидкостью; 4 – краник; 5 – трубка; 6 – термометр; 7 – водослив; 8 – кран; 10 – перегородка; 11 – труба; 12 –водомерная трубка; 13 – труба; 14 – бак; 15 – трубка.

Рисунок 1 – схема установки Рейнольдса.

Формулы и данные для расчетов:

,

Высота бака вычисляется по выражению

, (2)

где - начальная высота столба жидкости, - конечная высота столба жидкости.

Для первого и второго опытов , для третьего и четвертого опытов .

Объем бака выражается формулой

. (3)

Объемная скорость течения потока и ее среднее значение вычисляется по выражениям

, (4)

где - объем воды в мерном бачке при i-ом измерении, ; - время заполнения бачка при i-ом измерении.

. (5)

Методом интерполяций найдем среднее значение кинематического коэффициента вязкости по формуле

(6)

где - измеренное значение температуры воды; и - температуры, для которых является промежуточной, и которым соответствуют следующие значения кинематического коэффициента вязкости, приведенные в таблице 1; и - значения кинематических коэффициентов вязкостей воды, соответствующие значениям температур и .

Таблица 1. Значения кинематического коэффициента вязкости

для различных температур

0	1,78	15	1,14
5	1,52	20	1,01
10	1,31	30	0,84
12	1,24	40	0,6

Число Рейнольдса для каждого из режимов вычислим по формуле

, (7)

где - внутренний диаметр стеклянной трубки прибора.

Ход работы:

В ходе лабораторной работы мы провели четыре опыта при различных условиях, сделав в каждом по три замера времени течения и температуры жидкости. Первый и второй опыты проводились при , третий и четвертый опыты при

1. В ходе первого опыта мы открывали краны 1 и 4 для создания ламинарного течения жидкости, когда подкрашенная струя воды в трубке не размывалась.

2. Отсекателем 14 мы переключили струю, вытекающую из крана 1 в бачок 16, и одновременно включили секундомер.

3. Далее наполнили бачок, убрали отсекатель и остановили секундомер.

4. Измерили температуру в баке 9.

5. Повторили замеры еще два раза и при втором опыте.

6. В ходе третьего и четвертого опыта мы при открытом кране 4 медленно открывали кран 1, постепенно увеличивая скорость воды в трубе.

7. Повторили замеры как для первого и второго опыта. Данные записали в таблицу 2.

Обработка экспериментальных данных:

Таблица 2. Экспериментальные данные

№ опыта	№ изм.									Режим движения
1	1	48	3,85	0,08	0,081	3,5	3	1,62	1160,1	ламинарный
	2	47		0,082		3
	3	47		0,082		2,5
2	1	39	3,85	0,099	0,095	2,2	1,9	1,68	1311,6	ламинарный
	2	41		0,094		1,8
	3	41,4		0,093		1,7
3	1	35,3	7,7	0,218	0,22	1,5	1,43	1,71	2993,8	турбулентный
	2	34,4		0,224		1,5
	3	35,1		0,219		1,3
4	1	23,3	7,7	0,33	0,334	1,2	1,33	1,72	4499,2	турбулентный
	2	22,8		0,338		1,1
	3	23		0,335		1,1

Рассмотрим вычисления на примере одного опыта:

1. Объем бака вычислим по формуле (3)

2. Объемную скорость течения потока и ее среднее значение найдем по выражениям (4) и (5)

3. Методом интерполяций найдем значение кинематической вязкости по формуле (6)

4. Число Рейнольдса для каждого из режимов вычислим по формуле (7)

Задания для самостоятельной работы:

1. Вычислить скорость воды в трубе, при которой происходит изменение режима течения.

Изменение режима течения воды в трубе происходит тогда, когда число Рейнольдса принимает свое критическое значение . По формуле (7) найдем значение скорости воды, при котором режим ее течения изменится

Так как число критическое Рейнольдса одинаково для обеих формул, то можно их приравнять

2. Определить, как изменится скорость при увеличении диаметра в три раза и нагреве воды до .

Методом интерполяций найдем значение кинематического коэффициента вязкости при температуре по формуле (6)

Найдем, как изменится скорость при заданных условиях

3. Вычислить скорость воздушного потока, при котором происходит изменение режима движения при .

Значение кинематического коэффициента вязкости воздуха при температуре равно

Критическое число Рейнольдса для гладких труб принимает значение . По формуле (1) найдем скорость воздушного потока при изменении режима его течения

Вывод

В ходе лабораторной работы мы провели опыт на определение режима движения жидкости; научились рассчитывать число Рейнольдса и по нему определять режим течения и его скорость.