ВИКОНАННЯ РОБОТИ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ УСТАНОВЦІ.
Визначення режимів руху рідини.
(експеремент Рейнольдса)
Тема : Визначення режимів руху рідини.
Мета роботи: отримання навичок для визначення режимів руху рідини.
Теоретичні відомості.
Для практичного розуміння, має велике значення правильне визначення режимів течії рідини, це пов'язане з тим, що при різних режимах течії, витрати напору, та подолання опорів мають різні значення. У випадку ламінарного режиму руху, витрати напору пропорційні першому ступеню швидкості. 
, маючи турбулентний режим, витрати збільшуються і стають пропорційними швидкості у ступені 
; тобто 
.
У 1883 році англійській фізик Озборн Рейнольдс на підставі багато чисельних дослідів встановив режими руху рідини перший ламінарний, другій турбулентний, окрім цього можливість переходу з одного типу руху до іншого. Однак слід зазначити що цей процес є повністю оберненим; ламінарний режим переходить у турбулентний при значно більших швидкостях, ніж ті при яких турбулентний режим переходить у стан ламінарного.
Середня швидкість V, при котрій потік з одного режиму руху переходить в наступний отримав назву критичної швидкості V кр . Рейнольдс встановив, що режим течії залежний не тільки від середньої швидкості, але й від діаметру трубопроводу, і від в'язкості рідини.
Безрозмірна величина, що зв'язує швидкість V характерний розмір та кінематичний коефіцієнт в'язкості 
має назву (критерію) або числа Рейнольдса. Тобто залежність яка набуває вигляду:
|
|
|
де V – середня швидкість течії рідини у трубопроводі, (см/сек)
L – характерна лінійна величина, (см)
- кінематичний коефіцієнт в'язкості, (см)
число Рейнольдса являє собою, відношення сили інерції до сили в'язкості(тертя), тобто:
, а сила тертя 
де 
- густина,
- динамічний коефіцієнт в'язкості,
U – об'єм рідини,
F ш – площа шарів, що взаємодіють між собою за рахунок сил тертя,
- градієнт швидкості.
- прискорення.
Тоді відношення сили тертя і сили інерції набуває такого вигляду:
Та виражатиме число Рейнольдса.
Для напірного руху у круглій трубі за характерний розмір приймають внутрішній діаметр труби (D).
Для не круглого поперечного перерізу, та для труб, що працюють не повним перерізом (безнапірні течії), за характерний розмір приймають гідравлічний радіус, або приведений діаметр (Dпр).
Гідравлічним радіусом – називають відношення площини живого перерізу до змоченого периметру(Х):
Приведеним діаметром – називають діаметр кола, площа якого дорівнює площі дослідного каналу, наприклад якщо площа каналу складає:
|
|
|
тоді приведений діаметр буде дорівнювати:
Отримані розрахункові формули приводять розрахунки числа Рейнольдса до наступного вигляду:
, або 
Дослідно встановлено; що при значенні числа Рейнольдса 
, у круглій трубі при напірній течії встановлюється стійка ламінарна течія.
У випадку коли, 
, наступає турбулентний режим руху рідини. Однак, у ідеальних лабораторних умовах, вдалося спостерігати ламінарний режим при значеннях числа Рейнольдса 
і навіть 50000. Однак при таких значеннях ламінарна течія буде не стійка. Отримавши найменші збудження вона миттєво переходить у стан турбулентного режиму руху.
Рис. 1 СХЕМА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ.
6 3
Н
К3
К
1
5
2 8
4 7
|
|
|
ВИКОНАННЯ РОБОТИ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ УСТАНОВЦІ.
1. Відкрити кран К4 для проходження рідини по трубі 5.
2. Відкрити кран К2 посудини 6. При цьому фарба тоненькою струминкою починає потрапляти до труби 5.
3. Користуючись краном К4 вловити момент виділення відокремленої струминки під фарбленої рідини. Відокремлена струминка вкаже на паралельність руху у певній точці – режим ламінарний.
4. Визначити рівень рідини у баці 1 за показниками п'єзометру 8 та встановити його показники за допомогою крана К3 до стану (const).
5. Після візуального встановлення режиму руху, за допомогою мірної посудини встановити об'єм рідини котрий пройшов через трубу за певний відрізок часу.
6. Перед замірами кран К2 закривають.
7. Одночасно проводять заміри температури води у баці 1 термометром для визначення в'язкості води.
8. Збільшивши ступінь відкриття крану К4 добиваються хвилеподібного стану під фарбленої струминки. Знову ж таки, при різних значеннях швидкості, але зберігаючи хвилеподібне положення струминки, заміри виконують 2 – 3 рази (усіх вище зазначених величин)
9. Поступово збільшуючи відкриття К4, переводять установку у турбулентний режим руху, та знову роблять заміри 2 – 3 рази. При різних значеннях змішування у потоці, тобто з подальшим збільшенням до максимального.
|
|
|
Взагалі необхідно виконати 8 – 11 дослідів при різних витратах.
ОБРОБКА ДОСЛІДІВ:
Обробка дослідних даних проводиться наступним чином:
1. Об'єм рідини, яка вже заміряна, поділити на час заміру отримання витрат,
тобто кількості рідини, що витікає за одиницю часу.
2. Середню швидкість отримуємо поділивши витрати на площу живого перерізу труби:
3. Площа живого перерізу визначається таким чином:
де D – внутрішній діаметр труби.
4. Замірявши температуру по таблиці знаходимо значення кінематичного коефіцієнта в'язкості (см2/с.)
Залежність кінематичного коефіцієнту в'язкості від температури:
Таблиця 1
| Температура 0С | 
| Температура 0С |
|
| 0 | 0,0178 | 15 | 0,0114 |
| 5 | 0,0152 | 16 | 0,0111 |
| 10 | 0,0131 | 17 | 0,0108 |
| 12 | 0,0124 | 18 | 0,0106 |
| 13 | 0,0120 | 19 | 0,0103 |
| 14 | 0,0117 | 20 | 0,0101 |
4. Отримавши необхідні данні та записавши їх до (Таблиці 2.) у відповідні графи, переходять до розрахунку чисел рейнольдса за формулою:
отримані значення порівнюють з критичним значенням числа Рейнольдса: 
, після чого заповнюють графу «режими руху» у відповідності до результатів отриманих з рівняння чисел Рейнольдса Re з даними візуального спостереження.
Таблиця 2.
| № п/п | Об'єм рідини U см3 | Витрати Q см3/сек. | Площа живого перерізу F см2 | Середня швидкість V см/сек. | Температура рідини T0C | Кінематична в'язкість
| Число Re/ | Режим руху |
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 |
Висновок:
Контрольні питання:
1. Які режими руху рідини вам відомі?
2. Особливості Ламінарного руху рідини?
3. Особливості турбулентного руху?
4. Що таке число Рейнольдса?
5. Що означає вираз гідравлічний радіус?
6. Як розраховують приведений діаметр?
7. Від чого залежить число Рейнольдса?
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!