Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА И ПРОВЕРКА ЗАКОНА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО ДЛИНЕ ПРИ ЛАМИНАРНОМ И ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1. Общие сведения

Опыт, проведенный Рейнольдсом, показывает, что при движении жидкости можно различать два режима - ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме жидкость движется слоями, скользящими относительно друг друга без перемешивания. Изменение скорости возможно только вдоль пути перемещения частиц. Такая вариация скорости называется продольными пульсациями.

При турбулентном режиме движение жидкости неупорядоченное, ее частицы имеют сложную, все время меняющуюся траекторию. Кроме продольного перемещения появляются поперечные перемещения, которые представляют собой поперечные пульсации.

Потери энергии при движении жидкости существенно зависят от режима. Для трубопровода круглого сечения потеря напора может быть выражена в общем виде:

, (3.1)

где k - коэффициент пропорциональности;

m - степенной коэффициент, определяющий соотношение скорости и величины потерь.

При ламинарном режиме m1, при турбулентном изменяется от 1 до бесконечности.

Характеристикой режимов движения является безразмерный критерий Рейнольдса, который для напорного движения в круглых трубах определяется по формуле:

, (3.2)

где - средняя скорость движения потока жидкости, м/с;

d - внутренний диаметр, м;

- коэффициент кинематической вязкости, м²/с (приложение 1).

При значении числа Рейнольдса, равным примерно 2320 происходит переход ламинарного режима в турбулентный и наоборот турбулентного режима в ламинарный. Следовательно при R_e<2320 режим движения жидкости будет ламинарным, а при R_e>2320- турбулентным. Число R_e=2320 называют критическим, а соответствующую этому числу скорость движения жидкости- критической.

2. Цель работы

1. Путем наблюдений ознакомиться с характером движения частиц жидкости при ламинарном и турбулентном режиме движения и определить из опыта значение числа Рейнольдса для наблюдаемого режима.

2. Определить критическую скорость ( _кр) и критическое число Рейнольдса (R_кр).

3. Путем обработки опытных данных для каждого из этих режимов определить численное значение показателя степени "m".

3. Опытная установка

Рис. 3.1. Установка для определения зависимости потерь от скорости и определения критического числа Рейнольдса: 1, 2 - резервуары; 3, 4 - пьезометры; 5 - стеклянная трубка; 6 - регулировочный кран; 7 - сливная трубка; 8 - устройство для подвода красителя; 9 - впускной кран

Вода перетекает из резервуара 1 в резервуар 2 по стеклянной трубке. В резервуаре 1 при помощи сливной трубы 7 поддерживается постоянный напор. Во входное плавно расширяющееся отверстие трубы 5, вставлена тонкая трубка с краном и резервуаром 8, которая служит для подачи краски. Для определения напора при работе прибора к стеклянной трубке 5 подсоединены два пьезометра 3 и 4. Расстояние по длине трубы между точками их присоединения равно 1 метру. Уровень воды в пьезометрах определяется при помощи микрометрического устройства, которое обеспечивает высокую точность необходимую для измерения потерь при ламинарном режиме, составляющих десятые доли миллиметра. Расход определяется весовым способом и устанавливается при помощи изменения степени открытия крана.