ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО
И ТУРБУЛЕНТНОГО РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА
Вводная часть
Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что движение жидкости может происходить или при ламинарном, или при турбулентном режиме.
Ламинарный режим наблюдается при небольших скоростях движения. При этом окрашенные струйки жидкости не перемешиваются, сохраняясь по всей длине потока, т.е. движение жидкости при ламинарном режиме является струйчатым, перемешивание частиц жидкости отсутствует. Турбулентный режим наблюдается при значительных скоростях и характеризуется интенсивным перемешиванием частиц жидкости, что обуславливает пульсацию скоростей и давления.
Средняя скорость потока, при которой происходит смена режима движения жидкости, называется критической (vкр). Величина ее, как показывают опыты в трубопроводах круглого сечения, зависит от рода жидкости, характеризуемого динамической вязкостью m и плотностью r, а также от диаметра трубопровода d. Одновременно опытами установлено, что величина безразмерного алгебраического комплекса, отвечающего критической скорости vкр:
. (9)
Reкр( d) = 2320, называется критическим числом Рейнольдса. Устойчивый ламинарный режим движения жидкости наблюдается при значениях числа Рейнольдса 
, а турбулентный – при 
.
|
|
|
Таким образом, число Рейнольдса
(10)
является критерием, позволяющим судить о режиме движения жидкости в круглой трубе, работающей полным сечением.
Величину 
, имеющую размерность [м2/с], входящую в формулы (9) и (10), называют кинематическим коэффициентом вязкости жидкости.
Из изложенного следует, что для определения режима напорного движения жидкости в круглом трубопроводе достаточно вычислить по формуле (10) число Рейнольдса, и сравнить его с критическим.
Знание режима движения жидкости необходимо для правильной оценки потерь напора при гидравлических расчетах. Как показывают опыты в круглых трубах при напорном равномерном движении (результаты их представлены на рис. 5 в виде графика зависимости потерь напора по длине hl от средней скорости v), при ламинарном режиме потери напора hl пропорциональны средней скорости v в первой степени, а при турбулентном ‒ в степени 1,75 ≤ m ≤ 2. Заметим, что с помощью этого графика определяют величину критической скорости vкр, а через нее ‒ и критическое число Рейнольдса по формуле (9).
|
|
|
Описание установки
Установка (рис. 6) включает в себя расположенную горизонтально стеклянную трубу (d = 1,0 cм), в которой и изучается движение воды при различных режимах, напорный бак, емкость с раствором красителя, подаваемого открытием краника по трубке во входное сечение стеклянной трубы. Для измерения расхода воды в стеклянной трубе служат мерная емкость и секундомер.
Вода в напорный бак подается по питающему трубопроводу открытием вентиля из резервуара лаборатории. Для поддержания уровня воды в напорном баке во время опытов на постоянной отметке имеется переливное устройство. Температура воды в напорном баке измеряется термометром.
Регулирование расхода воды, а следовательно ‒ и средней скорости ее движения в стеклянной трубе, осуществляется краном. На стеклянной трубе имеются пьезометры для определения потерь напора по длине hl (по разности их показаний).
Рис. 6. Схема установки для изучения режимов движения жидкости
Цель работы: 1. Убедиться на опыте путем окрашивания струйки воды в стеклянной трубе в существовании ламинарного и турбулентного режимов.
2. Вычислить по данным опытов, проведенных на этой трубе, числа Рейнольдса при ламинарном и турбулентном режимах, сравнить их с критическим, убедиться, что при ламинарном режиме Rе < Reкр , а при турбулентном – Re > Reкр.
|
|
|
3. Построить по опытным данным график lg hl = f ( lg v), определить с его помощью критическую скорость vкр, а через нее вычислить критическое число 
.
4. Подтвердить с помощью графика lg hl = f ( lg v), что при ламинарном режиме потери напора по длине hl пропорциональны средней скорости в первой степени, а при турбулентном ‒ в степени 1,75 £ m £ 2.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 314; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!