Иследование режимов движения жидкости в напорном трубопроводе

Цель работы: Установить характер режима движения жидкости в стеклянной трубе при различной величине расхода.

1. Теория вопроса

При течении реальной жидкости наблюдаются различные режимы ее движения и в определенных условиях характер движения может претерпевать изменения: происходит переход от одного режима к другому.

Критерием для оценки режима жидкости является безразмерное число Рейнольдса Re. Число Рейнольдса представляет меру отношения сил инерции к силам трения, действующих в движущейся жидкости.

Для труб круглого сечения число Рейнольдса определяется по формуле:

где: v ―средняя скорость движения жидкости, м/с

d ― внутренний диаметр трубы, м

ʋ ― кинематический коэффициент вязкости, м/с²

Для всех жидкостей при значениях критерия Re меньших 2320 движение жидкости в трубопроводе ламинарное, а при больших 2320 – турбулентное. Постепенное (количественное) увеличение числа Re приводит к качественному изменению характера движения: жидкость из слоистого упорядоченного движения переходит к беспорядочному, хаотичному.

Необходимо отметить, что существуют нижнее и верхнее критические числа Рейнольдса, то есть до Re_рк.н.=2320 – устойчивое ламинарное движение, а после Re_кр.в.=13800 – устойчивое турбулентное. Переход от одного режима к другому происходит в указанном промежутке чисел Re и зависит от внешних условий (форма сечения, качество стенок,и т.д.). В инженерных расчетах для труб круглого сечения обычно применяют нижнее значение Re=2320.

2. Схема и описание лабораторного стенда

Наблюдение за режимами движения жидкости проводится на лабораторном стенде, схема которого представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1.

Жидкость в резервуар 1 поступает из трубопровода 3. Постоянный уровень в резервуаре поддерживается при помощи стенки 2. Подкрашенная жидкость в стеклянную трубу поступает из сосуда 4. Диаметр стеклянной трубы d=32 мм. Величина расхода жидкости Q регулируется вентилем 6 и определяется объемным способом.

3. Порядок выполнения работы.

1. Открыть вентиль на подающем трубопроводе.

2. Убедившись в том, что уровень жидкости в резервуаре не изменяется, открыть вентиль 6.

3. Приоткрыть вентиль 7 и подать подкрашенную жидкость в стеклянную трубу.

4. Используя мерный сосуд и секундомер, определить величину пропускаемого расхода.

5. Измерить температуру воды.

6. Вести визуальные наблюдения за характером движения подкрашенной жидкости на фоне основного потока.

7. Изменить с помощью вентиля 6 расход воды в трубе и повторить опыты 2-3 раза.

Результаты опытов занести в таблицу.

4. Обработка экспериментальных данных

Таблица 2.1.

Результаты измерений и расчетов

№ опыта	Темпе-ратура воды, t, ˚C	Кине-матичес-кий коэффи-циент вязкости, ʋ, м²/с	Объем воды в мерном сосуде, W, м³	τ, с	Расход воды, Q, м³/с	Средняя скорость, м/с	Число Рейнольдса, Re	Харак-тер режима движе-ния жидкос-ти