3

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский государственный

технический университет»

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Инженерные системы зданий и сооружений:

(теплогазоснабжение с основами теплотехники,

водоснабжение и водоотведение

с основами гидравлики)»

для студентов специальности

270800.62 «Строительство»

Ставрополь

2011

Вметодических указаниях к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Инженерные системы зданий и сооружений: (теплогазоснабжение с основами теплотехники, водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики)» сформулированы цели и содержание исследований, даны теоретические обоснования работ, приведены описания лабораторных стендов и указания по технике безопасности, изложена методика проведения экспериментов и обработки полученных данных, содержание отчета и его форма, указаны контрольные вопросы для подготовки к защите работ.

Составитель Борисенко О. А.

Рецензент: Богачев В. В.

Основным направлением практикума является разъяснение физической сущности рассматриваемых гидравлических явлений, ознакомление студентов с методикой экспериментальных исследований, а также усвоение и закрепление теоретического материала по важнейшим разделам и отдельным вопросам курса «Инженерные системы зданий и сооружений: (теплогазоснабжение с основами теплотехники, водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики)».

Каждая работа в практикуме описана отдельно, по возможности без ссылок на предыдущие и последующие работы. Лабораторные исследования дают возможность выявить на модели гидравлическую картину работы трубопроводов, сооружений и устройств; получать значения опытных констант, входящих в расчетные зависимости, наблюдать картины течения жидкостей в различных условиях

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Исследование режимов движения жидкости

1.1. Цель и содержание

Визуальное наблюдение ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости, а также смены режимов.. Вычисление по опытным данным значений Rе при наблюдаемых режимах и переходе из ламинарного в турбулентное движение.

1.2. Теоретическое обоснование

Одна из основных задач гидравлики - оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении реальных жидкостей в различных гидравлических системах.

Чтобы правильно определить эти сопротивления, прежде всего необходимо составить ясное преставление о механизме самого движения жидкости. При исследовании вопроса приходим к заключению о существовании двух различных, резко отличающихся режимов движения: ламинарного (слоистого) и турбулентного (вихревого). При ламинарном движении частицы жидкости движутся без перемешивания, их траектории не пересекаются, наблюдается слоистое перемещение.

Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении вязких жидкостей - нефть, битум, смазочные масла и др. или при движении любых жидкостей с малыми скоростями.

Турбулентный режим характеризуется беспорядочным движением частиц жидкости и имеет место при сравнительно больших скоростях и малой вязкости.

Существование того или иного режима движения в трубопроводе отделяется значением безразмерной величины - числа Рейнольдса.

где v – средняя скорость движения жидкости;

d – внутренний диаметр трубы;

 – кинематический коэффициент вязкости.

С физической точки зрения число Рейнольдса характеризует соотношение между силами инерции и вязкости (внутреннего трения), действующими в потоке. Когда преобладают силы вязкости (число Рейнольдса мало), частицы жидкости движутся, не перемешиваясь.

Если же преобладают инерционные силы (когда число сравнительно велико), то упорядоченность движения частиц нарушается, они движутся хаотично.

Опытами установлено, что при Rе < 2320 в круглой цилиндрической трубе существует устойчивое ламинарное течение. При Rе > 2320 слоистое движение нарушается, и до Rе = 4000 имеет место так называемая переходная область, для которой характерна перемежающая турбулентность, то есть периодическое изменение характера течения с ламинарного на турбулентное. Ламинарное течение может сохраняться и при Rе > 2300, но оно будет неустойчивым, и при небольших возмущениях (толчки, вибрации) сразу же переходит в турбулентное.

Число Рейнольдса, при котором происходит переход от ламинарного режима к турбулентному, носит название критического числа Рейнольдса Rе_КР. Для труб круглого сечения Rе_КР = 2320. Для открытых потоков в качестве линейной характеристики принимают гидравлический радиус R (отношение площади к смоченному периметру ).

где V_КР - критическая скорость, соответствующая смене режимов.

Критическое число Рейнольдса для открытых потоков равно 500 (Rе_КР = 500)