Laboratornaya_raboty_2 (2)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Лабораторная работа №2

Тема: «Режимы течения жидкости»

по дисциплине: Гидромеханика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Выполнил: студент гр. ТПР-10 /Созонов К.В./

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент _______ /Воронов В.А./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2012

Изучение режимов движения жидкости

Опытами установлено, что режим потока может существенно меняться с изменением различных его параметров. Если отдельные слои, струйки жидкости или газа перемещаются, не смешиваясь между собой, то режим движения потока называется ламинарным. Если частицы жидкости движутся хаотично и течение сопровождается массообменом между слоями (струйками), то режим движения называется турбулентным.

Влияние параметров потока в трубе на переход от одного режима движения к другому было установлено опытами Рейнольдса. Критерием режима течения является комплекс величин, который носит название критерия Рейнольдса и для трубопроводов имеет следующий вид:

(2.1)

Где v – средняя скорость движения жидкости и газа; d – диаметр трубы; ρ – плотность жидкости и газа; и ν – соответственно динамический и кинематический коэффициенты вязкости жидкости или газа.

Существует некоторое критическое значение числа Рейнольдса Re_кр, характеризующее границу перехода от одного режима движения жидкости к другому.

Следует иметь в виду, что в различных условиях критическое значение числа Рейнольдса, строго говоря, не одинаково. Так, например, оно снижается, если труба, ограничивающая поток, подвержена вибрация или если в потоке имеется источник возмущения; при переходе от ламинарного режима к турбулентному число Рейнольдса выше, чем при обратном переходе и т.д. Для движения потоков жидкости в трубах Re_кр = 2320.

Цель работы: визуальное наблюдение за движением жидкости в стеклянной трубке и вычисление критерия Рейнольдса для наблюдаемых режимов.

Для визуального наблюдения в поток жидкости вводится струйка подкрашенной жидкости, которая при ламинарном режиме движется в виде отдельной струйки, а при турбулентном размывается в потоке.

Описание установки

Экспериментальная установка состоит из двух металлических баков 2 и 9, соединенных стеклянной трубой 13‚ Поток по ней движется из бака 9 в бак 2. Поступление воды из водопровода в бак 9 регулируется краном 8. Регулирование расхода воды в трубе 13 осуществляется краном 1. Для обеспечения устойчивого движения потока по трубе 13 необходимо, чтобы перепад уровней жидкости в баках 2 и 9 оставался во время каждого замера одинаковым. С Этой целью в баке 9 установлен водослив 7 со сливной трубой 11. Водослив позволяет сбрасывать излишки воды и тем самым обеспечивать постоянство уровня воды на входе в стеклянную трубу 13. Для контроля уровня воды в баке 9 служит водомерная трубка 12. С целью снижения начальной степени возмущений потока при входе в трубу бак 9 разделен перегородкой 10, позволяющей существенно успокоить поток перед входом в трубу.

Для наблюдений структуры потока при различных режимах его движения в трубу 13 по трубке 5 из бачка 3 вводится подкрашенная жидкость обладающая почти такими же свойствами, что и вода. Поступление подкрашенной жидкости через загнутый под прямым углом конец трубки 5 в трубу 13 регулируется краником 4. Температура воды при определении кинематического коэффициента вязкости измеряется термометром 6.

Расход движущейся жидкости в трубе 13 определяется отношением объема воды в мерном баке 14 к времени его заполнения. Объем воды в мерном баке 14 определяется произведением площади его поперечного сечения (S_б = 0,077 м²) и разностей уровней жидкости в водомерной трубке 15. Время заполнения бака 14 фиксируется секундомером. Опорожнение осуществляется открытием крана 16.

Основные расчётные формулы

Расход воды:

где W_i – объём воды в мерном баке при i-ом измерении; t_i – время заполнения бачка при i-ом измерении. [W_i] = м³, [t_i] = с.

Средний расход воды в каждом из опытов:

Кинематический коэффициент вязкости вычисляется методом интерполяции по формуле:

где θ – измеренное значение температуры воды; θ_i и θ_i+1 – соответственно температуры, для которых температура θ является промежуточной и которым соответствуют следующие значения кинематического коэффициента вязкости:

θi, ^оС	v, см^2/c	θi, ^оС	v, см^2/c
0 5 10 12	0,0178 0,0152 0,0131 0,0124	15 20 30 40	0,0114 0,0101 0,0084 0,006

v_i и v_i+1 – соответственно значения кинематических коэффициентов вязкостей воды, соответствующие значениям температур θ_i и θ_i+1.

Число Рейнольдса для каждого из режимов вычисляется по формуле (1.1) или по формуле:

где d – внутренний диаметр стеклянной трубы стенда.

Опытные и расчётные величины

Номер опыта	Номер измерения	t, с	W, м^3 10^-3	Q, м^3/с 10^-5	Qср, м^3/с 10^-5	θ, ^оС	v, м^2/с 10^-6	Re	Режим движения
1	1 2	30,7 30,7	3,85	12,54 12,54	12,54	12,4	1,226667	2367,7	смешанный
2	1 2 3	18,6 19,5 18,6	3,85	20,69 19,74 20,69	20,37	12,1	1,236667	3815	смешанный
3	1 2 3	21,3 22,7 21,9	7,7	36,15 33,92 35,15	35,07	12	1,24	6550,6	смешанный
4	1 2 3	11,6 12,3 11,8	7,7	66,37 62,6 65,25	64,74	11,7	1,2505	11991	турбулентный

Пример расчета

Начальные данные:

1. Диаметр стеклянной трубы d=55 (мм) или d=0,055 (м)

2. Площадь бачка S=7,7(дм²) или S=7,7*10^-2 (м²)

3. 

- объем воды в мерном баке при i-м измерении, м³

,

Вывод: Расхождение числа Рейнольца со справочным значением равна

()

Вычислю скорость вода в трубе, при которой происходит изменение режима течения по формуле , из которой выражу скорость .

Если мы увеличим диаметр трубы в 3 раза, то скорость уменьшится в 3 раз. Если мы нагреем воду до 40 ⁰С при исходном диаметре, то скорость уменьшится в 2, а при увеличенном - в 6 раз.