Лабораторная работа: Исследование смены режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса
Лабораторная работа: Исследование смены режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса
Лабораторная работа №1
Тема: «Исследование смены
режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса»
Цель
работы
Демонстрация
режимов течения жидкости и экспериментальное определение критических чисел
Рейнольдса для труб круглого сечения.
Основные
сведения
Режим течения
определяется соотношением возмущающей течение силы инерции и стабилизирующей
течение силы вязкости. Отношение этих сил выражается безразмерным числом Рейнольдса:
,
где u – средняя скорость
течения жидкости по сечению трубы;
L – характерный линейный
размер поперечного сечения, заполненного жидкостью (так называемого «живого
сечения») для труб круглого сечения L=d;
n
– кинематическая вязкость.
Средняя
скорость находится по формуле
,
где Q – расход потока, т.е.
объем жидкости, протекающий за единицу времени через данное сечение потока,
площадь которого равна S. Возможны два принципиально отличающихся режима течения
жидкости, получивших название ламинарного (слоистого) и турбулентного (бурного,
возмущенного) режимов. При достаточно малых скоростях основного потока, когда
число Рейнольдса меньше определенного критического (Re < Reкр), инерционная сила
незначительна по сравнению с силой вязкости, которая упорядочивает движение
жидкости, создавая ламинарное движение. При этом окрашенная струйка, введенная
в поток, вытягивается вдоль течения в виде тонко очерченной линии. При Re » Reкр форма окрашенной струйки резко меняется – она приобретает вид
более или менее отчетливых завитков. Такая картина отвечает начальной стадии
развития турбулентности, а момент ее появления – началу перехода от ламинарного
режима к турбулентному (переходный режим). При Re > Reкр силы инерции преобладают
над силами вязкости, и наступает вполне развитая турбулентность. Критическое
число Рейнольдса, как правило, заключено в некоторых пределах: Reкр.н. ≤ Reкр ≤ Reкр.в, где Reкр.в. – максимальное
критическое число Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный;
Reкр.н – нижнее критическое
число Рейнольдса, т.е. минимально возможное число, соответствующее переходу
турбулентного режима в ламинарный.
Установление
режима движения имеет большое практическое значение, так как он определяет
важнейшие характеристики потока, как распределение скоростей, гидравлическое
сопротивление, теплоотдачу и др.
Описание установки
Установка Рейнольдса (рис. 1) состоит из напорного бака 1,
прозрачной трубы 2 круглого сечения с плавным входом, промежуточного бака 3 с
регулирующим краном 4, расходомерного устройства 5, а также системы подачи и
слива рабочей жидкости (воды) и системы подачи краски. Промежуточный бак 3
предназначен для устранения влияния крана 4 на распределение скоростей в трубе
2. Расходомерное устройство 5 представляет собой емкость, в днище которой
находятся калибровочные отверстия с насадками. При том или ином расходе,
поступающем в емкость из крана 4, жидкость в расходомером устройстве 5
устанавливается на определенном уровне, который отсчитывается по шкале. По
полученному уровню Н с помощью экспериментальных (тарировочных)
зависимостей вычисляют расход Q. Такие устройства для измерения расхода
называются данаидами.
Обработка
данных:
течение жидкость рейнолдс труба
Таблица 1
№ опытов |
Температура t, С |
Кинематическая вязкость
, см2/с
|
Уровень в мерном бачке
Н, мм |
Расход Q, см3/с
|
Средняя скорость
см/с
|
Число Рейнольдса
|
Режим по визуальным
наблюдениям |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
20 |
0,01007 |
25 |
13,489 |
4,766 |
899 |
Л |
2 |
20 |
0,01007 |
205 |
36,307 |
12,829 |
2435 |
Л>Т |
3 |
20 |
0,01007 |
260 |
39,810 |
14,067 |
2654 |
Т |
4 |
20 |
0,01007 |
170 |
33,113 |
11,700 |
2207 |
Т>Л |
Внутренний
диаметр d = 1,9 см.
1.
Кинематическая вязкость в зависимости от температуры находится по эмпирической
формуле Пуазеля:
.
2. По
известному уровню Н (мм) с помощью эмпирической зависимости (для малого
калибровочного отверстия
3. Средняя
скорость движения воды в трубе находится по формуле:
,
где S – площадь поперечного
сечения трубы .
4. Число
Рейнольдса для трубы находится по формуле: .
5. Среднее
число Рейнольдса находится как
|