Практическое занятие № 6. Тема: Основы гидравлики. Основы гидродинамики

Тема: Основы гидравлики. Основы гидродинамики.

Цель работы: Определение режима движения жидкости.

Порядок выполнения работы:

27. Записать в тетради тему практической работы.

28. Ознакомится с режимами движения жидкости.

29. По схемам разобрать где ламинарный, и где турбулентный режим жидкости.

30. Записать вывод о проделанной практической работе.

31. Ответить на контрольные вопросы.

Содержание работы: Существует два режима движения жидкости: ламинарный (от латинского слова lamina — слой), при котором поток жидкости движется отдельными слоя­ми (струйками) без перемешивания, и турбулентный (от латин­ского слова turbulentus беспорядочный), при котором происходит беспорядочное интенсивное перемешивание движущихся частиц жидкости.

В природе ламинарный режим движения жидкостей встре­чается при движении жидкостей с большой вязкостью: нефти, мазута, смазочных масел и в порах грунта при движении под­земных вод.

Турбулентный режим движения жидкостей встречается при движении маловязких жидкостей (вода, бензин, спирт) в тру­бах, каналах, реках. Характер режима движения жидкости за­висит от соотношения действующих в них сил. Если при движе­нии жидкости преобладают силы вязкости, то мы наблюдаем ламинарный режим, если преобладают силы инерции, то наблю­даем турбулентный режим движения потока.

На это обстоятель­ство указывал в 1880 г. великий русский ученый Д. И. Менделе­ев в работе «О сопротивлении жидкости и воздухоплавании», которое было полностью изучено в 1883 г. английским физиком О. Рейнольдсом на весьма простой экспериментальной ус­тановке (рис. 1.).

Рис. 1. Режимы движения жидко­сти:

1 — бак; 2 — прозрачная трубка; 3 — вен­тиль; 4 — сосуд; 5 — трубка.

К баку 1 с водой присоеди­нена прозрачная трубка 2 с вентилем 3 на конце, регули­рующим скорость движения воды в трубке 2. Из сосуда 4 по трубке 5 в устье трубки 2 поступает подкрашенная жид­кость.

При малом открытии вен­тиля 3 поток в трубке 2 будет двигаться с малой скоростью. Ес­ли в поток пустить подкрашенную жидкость, то она будет иметь вид натянутой нити, не смешиваясь с окружающей ее водой. Та­кое движение жидкости будет ламинарным.

При большом открытии вентиля 3 поток в трубке 2 будет дви­гаться с большой скоростью. Сначала подкрашенная нитевидная струйка изгибается, затем разрушается и превращается в отдель­ные вихри, распределяясь по всему живому сечению трубки. Та­кое движение О. Рейнольде называл турбулентным.

Опыты О. Рейнольдса показали, что переход от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному происходит при определенной скорости, которую называют критической.

Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим движения жидкости переходит в турбулентный, называют критическим и обозначают Re_кр. Опытами установлено, что в момент перехода ламинарного режима в турбулентный Re_кр = 2320. Следовательно, при движении в трубах Re<2320 и движение жидкости будет ла­минарным, а при Re>2320 — турбулентным.

а

Рис. 2. Распределение скоростей движения жидкости в трубе и откры­том канале при ламинарном режиме движения:

а — в трубе; б — в открытом канале.

Для безнапорного движения жидкости критическое число Рейнольдса будет в 4 раза меньше, чем при движении в трубах, Re_кр=580. Следовательно, при безнапорном движении жидкости при Re<580 будет иметь место ламинарный режим, а при Re>580—турбулентный.

Ламинарное движение жидкости в цилиндрической трубе схе­матически изображают телескопическим, т. е. движущаяся жид­кость как бы разделяется на бесконечно большое число тонких концентричных относительно оси трубопровода слоев (рис. 2). Иными словами, при ламинарном движении жидкости в цилинд­рической трубе распределение скоростей по сечению имеет вид параболы: у стенок трубы скорости равны нулю, а при удалении от них скорости плавно возрастают и достигают максимального значения на оси трубы.

Для открытых потоков график распределения скоростей при ламинарном режиме показан на рисунке 2, б.