Laboratornaya_raboty_2 (2)
.docxМинистерство 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 Reкр, 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 Reкр = 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 (Sб = 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 Wi – объём воды в мерном баке при i-ом измерении; ti – время заполнения бачка при i-ом измерении. [Wi] = м3, [ti] = с.
Средний расход воды в каждом из опытов:
Кинематический коэффициент вязкости вычисляется методом интерполяции по формуле:
где θ – измеренное значение температуры воды; θi и θi+1 – соответственно температуры, для которых температура θ является промежуточной и которым соответствуют следующие значения кинематического коэффициента вязкости:
θi, оС |
v, см2/c |
θi, оС |
v, см2/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 |
vi и vi+1 – соответственно значения кинематических коэффициентов вязкостей воды, соответствующие значениям температур θi и θi+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, м3 10-3 |
Q, м3/с 10-5 |
Qср, м3/с 10-5 |
θ, оС |
v, м2/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:
-
Диаметр стеклянной трубы d=55 (мм) или d=0,055 (м)
-
Площадь бачка S=7,7(дм2) или S=7,7*10-2 (м2)
- 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.