3.2. Определение числа Рейнольдса, соответствующего переходу от ламинарного течения жидкости к турбулентному

Зависимость расхода жидкости в единицу времени от разности давлений ΔP = P₁ – P₂ на концах трубы вначале выражается линейной функцией в соответствии с формулой Пуазейля (пунктирная прямая на рисунке 6). При значениях ΔP, соответствующих числу Рейнольдса Re ~ 1000, происходит переход от ламинарного течения к турбулентному и отклонение зависимости Q = f(ΔP) от закона Пуазейля (точка “a” на кривой рисунка 6). При дальнейшем увеличении разности давлений наблюдается чисто турбулентный режим течения жидкости (отрезок “ab” на кривой рисунка 6).

Рис.6. Зависимость объема жидкости, вытекающей из трубы в единицу времени и числа Рейнольдса от разности давлений на концах трубы.

3.3. Описание лабораторной установки

3.3.1. Определение вязкости жидкости методом Стокса

Для определения вязкости жидкости используется цилиндрический сосуд C, наполненный исследуемой жидкостью (рисунок 7).

Рис.7. Лабораторная установка для определения вязкости жидкости методом Стокса.

Шарик бросают в отверстие крышки сосуда. Первоначально шарик падает в жидкости с некоторым ускорением, и когда сумма силы вязкости и выталкивающей силы становится равной по величине силе тяжести шарика, он начинает двигаться равномерно с постоянной скоростью v. Определяется время прохождения шарика между двумя метками и рассчитывается скорость движения шарика по формуле v=l/t, где l – расстояние между метками на сосуде C. Подставив значение скорости в формулу (16), получим:

. (17)

Время t падения шарика между метками на сосуде определяется с помощью прибора для измерения времени Ч, диаметр шарика (и, соответственно, радиус r) – с помощью микроскопа M с известной ценой деления шкалы окуляра.

3.3.2. Определение числа Рейнольдса, соответствующего переходу от ламинарного течения жидкости к турбулентному

Внешний вид установки для изучения движения воды (жидкости) по трубе изображен на рисунке 8.

Узкая труба T горизонтально вставлена в широкую трубу А, которая заполнена водой до некоторой высоты H. Вода движется по трубе T под действием разности давлений P=gH (ρ – плотность воды, g – ускорение свободного падения), которая создается столбом воды высоты H в трубе A.

Рис.8. Схема установки для исследования вида течения воды.

Чтобы обеспечить стационарность течения жидкости по трубе, необходимо поддерживать постоянный уровень воды H в трубе A. Для этого необходимо в точности компенсировать расход воды через трубу T, доливая ее в трубу A из водопроводного крана. В этом случае точной компенсации добиться трудно, поэтому к нижней части трубы A подсоединена резиновая трубка P, верхний конец которой устанавливается на заданной высоте H. Таким образом, резиновая трубка и сосуд A образуют сообщающиеся сосуды и, если поступление воды из водопроводного крана превышает расход воды через трубу T, то избыток воды сливается в воронку E. При этом уровень воды H в трубе A остается постоянным. С помощью специального небольшого троса можно передвигать верхний конец резиновой трубки и воронку E и устанавливать их на заданной высоте, изменяя таким образом разность давлений на концах трубы T.

После достижения постоянного уровня воды в трубе А, т.е. стационарного режима ее течения в трубе Т, необходимо заполнить водой мерный стакан С (объем V которого известен), определяя при этом время заполнения t.