Лабораторная работа № 4

«Режимы течения»

Цель и содержание работы.

Работа имеет целью экспериментальную иллюстрацию существования двух режимов течения жидкости: ламинарного и турбулентного.

Переход от первого ко второму, как известно, происходит при значениях числа Рейнольдса больших, чем критическое: R_{е.кр. .} Следует подчеркнуть некоторую неопределённость этого понятия. Действительно, критическое число Рейнольдса (иногда его называют «нижним критическим») определяет границу устойчивого ламинарного течения, т.е при R_е < R_е.кр для данных условий гарантированно устанавливается устойчивый ламинарный режим. При R_е  > R_е.кр   ламинарное течение может существовать при отсутствии внешних возмущений, но является неустойчивым, т.е спонтанно переходит в турбулентный режим даже при малых внешних возмущениях. Кроме того, существует переходный диапазон чисел Рейнольдса, больших критического, но близкого к нему, в пределах которого течение является нестационарным, возникает перемежаемость, т.е. самопроизвольный переход от ламинарного режима к турбулентному и наоборот.

Основное содержание работы состоит в том, чтобы установить ламинарный и турбулентный режим в трубе, визуально наблюдать структуру течения, что оказывается возможным благодаря подкрашиванию струек, и определить число Рейнольдса для каждого режима.

Порядок измерений.

Работа проводится на модуле М4.

Структурная схема представлена на рисунке 9.

Рис. 9 «Режимы течения».

Рекомендуемый порядок эксперимента следующий.

Включить помпу Н2 на панели управления. Установив по возможности малый расход в трубе и выдержав время, достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием вентиля начинают подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается, если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе.

Меняя открытие вентиля В7 нетрудно добиться наличия в трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком. Затем измеряется расход, после чего он увеличивается путем дополнительного открытия вентиля В6 и после достижения установившегося режима опыт повторяется. Таких опытов производится несколько (5-6) вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномерно размывается по толще потока и становится невидимой. Расход воды в трубе измеряется весовым методом с помощью мерной кружки.

По результатам наблюдений следует определить критические значения чисел Рейнольдса.