double arrow

ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РУХУ РІДИНИ

1 Тема роботи: Дослідження режимів руху рідини.

2 Мета роботи: Спостереження за характером руху рідини в трубопроводі й визначення числа Рейнольдса при ламінарному та турбулентному режимах руху.

3 Опис робочого місця: Стенд для ілюстрування режимів руху рідини.

4 Теоретичний матеріал:

Дана робота по суті є повторенням дослідів англійського фізика О.Рейнольдса. Він, займаючись вивченням руху різних рідин у трубопроводах, встановив, що характер протікання рідини міняється залежно від діаметра трубопроводу, в'язкості рідини та її швидкості. При протіканні рідини в трубі постійного перерізу залежно від величини швидкості потоку можуть існувати два режими руху: ламінарний і турбулентний (рис.4.1 а, б).

а) ламінарний режим руху рідини б) турбулентний режим руху рідини

Рисунок 4.1 – Ілюстрація видів режимів руху рідини

 

Режим течії рідини суттєво впливає на величину втрат енергії потоку. Тому знання режиму руху й числа Рейнольдса Re необхідно для визначення значення втрат енергії в практичних розрахунках трубопроводів, каналів, гідромашин і т.д. При невеликих швидкостях течії в трубі постійного діаметра режим руху є ламінарним або шаруватим. Підфарбована рідина, введена в потік, рухається у ньому окремою струминкою, не змішуючись із іншою масою рідини. Плавно збільшуючи швидкість потоку, спостерігаємо, що при деякому значенні швидкості рух підфарбованої струминки стає хвилеподібним. При наступному збільшенні швидкості струминка на окремих ділянках розривається й втрачає свою виразну форму, надалі вона повністю змішується з рідиною, що протікає в трубі. У цьому випадку рух турбулентний. Такий же ефект зміни режимів руху можна здійснити, змінюючи не тільки швидкість руху рідини в трубі постійного діаметра.

Збільшуючи діаметр труби й зберігаючи величину швидкості руху рідини та її в'язкість, при деякому значенні знову відбудеться зміна режиму руху, тобто ламінарний рух перейде в турбулентний.

Безрозмірний параметр, що виражає зв'язок між швидкістю потоку, діаметром трубопроводу і в'язкістю рідини називається числом Рейнольдса:

 

, (4.1)

 

де - швидкість руху рідини;

- діаметр труби;

- кінематичний коефіцієнт в'язкості.

Кінематичний коефіцієнт в'язкості може бути виражений через динамічний коефіцієнт в'язкості й щільності :

 

, (4.2)

 

Кінематичний і динамічний коефіцієнт в'язкості, залежать від роду рідини й температури. Перехід одного режиму руху в іншій відбувається при певному числі Re, що називається критичним. Стійкий ламінарний рух спостерігається при числах Re<2300. При звичайних умовах при збільшенні числа Re спостерігається перехід ламінарного руху в турбулентне. Турбулентний рух стійкий й спостерігається при числах Re > Reкр.. У такий спосіб ламінарним рухом рідини називається шарувата, упорядкована течія без змішування часток рідини по перерізу. Турбулентний режим течії характеризується безладним рухом часток рідини, при якому має місце їх зіткнення й обмін кількістю руху.

5 Хід виконання роботи:

5.1 Знайомство зі схемою експериментальної установки.

Термометр

Рисунок 4.2 – Схема експериментальної установки

 

Установка (рис. 4.2) складається з напірного бака 1, наповненого водою, від якого відходить прозора трубка 2 із краном 3. Всередину прозорої труби введена тонка скляна трубка 4, по якій у потік підводиться підфарбована рідина від невеликої посудини 5. Встановивши необхідну швидкість руху рідини в скляній трубі, відкривають кран і підводять по трубках підфарбовану рідину всередину потоку. Для визначення швидкості руху рідини передбачений бачок місткістю 9 л.

5.2 Проведення досліду.

Режим течії встановлюється шляхом зміни відкриття крану, встановленого на кінці скляної труби

Одночасно з бачка підводиться підфарбована рідина. Час наповнення мірного бачка, встановленого у кінці трубопроводу, визначається за допомогою секундоміра.

При виконанні роботи для знаходження величини користуються графіком (рис. 4.3), який представляє досвідчену залежність кінематичного коефіцієнта в'язкості від температури для цієї рідини (води).

Рисунок 4.3 - Графік залежності кінематичного коефіцієнта в'язкості від температури

Якщо знати час наповнення мірної посудини відомої ємкості, можна підрахувати витрати у трубі:

, (4.3)

 

де – швидкість потоку рідини в одиницю часу;

- час наповнення мірної посудини.

З рівняння витрати знаходимо швидкість рідини

 

, (4.4)

 

де - витрати в трубі;

- площина живого перерізу потоку у трубі.

Після визначення величини швидкості і кінематичного коефіцієнта в'язкості рідини при заданому діаметрі труби підраховують число Re.

Результати досліду заносимо до протоколу випробувань (табл.4.1).

 

Таблиця 4.1 - Протокол випробувань

№ замірів Година наповнення мірного бака, Темпера-тура рідини у напірному баку, Кінем. коеф. в'язкості Витрати рідини Швідк. руху рідини Число Рейно-льдса   Режим руху рідини  
               
               
               
               
               
               

Питання до захисту:


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: