Лабораторная работа № 3 изучение режимов движения жидкости.

Цель работы: Визуальное изучение ламинарного и турбулентного течений жидкости в горизонтальной трубе с поперечным сечением круглой формы; экспериментальное определение критического значе­ния числа Рейнольдса.

Теоретические основы работы.

Существуют две основные формы движения вязкой жидкости - ламинарная и турбулентная.

При ламинарном режиме течение происходит упорядоченным обра­зом в виде слоев движущихся один относительного другого (слоистое течение). Опыты показывают, что при более высоких скоростях течение перестает быть упорядоченным, т.к. возникает сильное перемешивание слоев жидкости, которое можно сделать видимым, если ввести в поток окрашенную струйку жидкости. Впервые это сделал Рейнольдс в 1883 году. При ламинарном течении окрашенная жидкость двинется в трубе в виде резко очерченной струйки, но, как только течение становится турбулентным, эта струйка расплывается и почти равномерно окрашивает всю движущуюся в трубе жидкость, т.е. на главное течение вдоль оси трубы накладывается поперечные движения жидкости в потоке.

Переход ламинарного течения жидкости в турбулентное происходит при определенном значении числа Рейнольдса, которое называется критическим (Re_кр).

Критерий Рейнольдса для круглых труб определяется соотношением

Re = V · d / ν(3.1)

где: d –диаметр круглого трубопровода, м;

V – средняя скорость жидкости в сучении трубопровода, м/с;

ν – кинематическая вязкость жидкости (м²/с).

Если для потока жидкости в трубе Re>Re_КР, режим течения в канале турбулентный, приRe<Re_КР– ламинарный. Чем меньше возмущения в потоке жидкости, поступающей в трубу, тем больше критическое число Рейнольдса. Так, например, принимая специальные меры по уменьшению возмущений, удалось получить ламинарное течение в трубе при значениях числа Рейнольдса до 4000. Однако, на практике важно знать не столько верхнюю, сколько нижнюю границу крити­ческого числа Рейнольдса. Многочисленные экспериментальные исследования показывает, что при изотермическом течение в круглых трубахRe_кр= 2300. Следует отметить при этом, что турбулентное течение не сразу становится развитым. Имеется область критерия Рейнольдса от 2300 до 4000, течение в которой имеет промежуточные характеристики (между ламинарным и турбулентным режимами). Эта область называется пере­ходной.

Описание лабораторной установки.

Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема лабораторного стенда.1- экспериментальный канал; 2- бак; 3- помпа (насос); 4- регулятор расхода (вентиль); 5- бюретка с подкрашенной водой; 6- слив воды (место измерения расхода воды)

На рисунке 2 изображена схема экспериментального канала с основными размерами.

Рис. 3.2.

Установка представляет собой контур, по которому насос 3 прокачивает воду. Расход воды может быть измерен мерным способом в точке 6 и может изменяться при помощи регулировочного вентиля 4.