Материал: Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО И ТУРБУЛЕНТНОГО РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ,

УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА
Вводная часть

Многочисленными экспериментальными исследованиями установ- лено, 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, сохраняя траекторию своего движения 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 обусловливает пульсацию скоростей и давления.

Средняя скорость потока, при которой происходит смена режима движения жидкости, называется критической ‒ ʋ_кр. Величина ее, как показывают опыты в трубопроводах круглого сечения, зависит от рода жидкости, характеризуемого динамическим коэффициентом вязкости и плотностью , а также от диаметра трубопровода d. Одновременно опытами установлено, что величина безразмерного алгебраического комплекса, называемого критическим числом Рейнольдса, отвечающего критической скорости ????_кр:

^????????кр(????)

₌????_кр????????

????

= ^????^кр^????. (14)

????

Для напорных потоков критическое число Рейнольдса Re_кр(_d₎ = 2320. Устойчивый ламинарный режим движения жидкости наблюдается

????
при значениях числа Рейнольдса ????????_(????) = ^????????

< ????????_кр(????) ≈ 2320, а турбу-

????
лентный – при ????????_(????) = ^????????

> ????????_кр(????) ≈ 2320.

Таким образом, число Рейнольдса

????
????????_(????)= ^????????
(15)

является критерием, позволяющим судить о режиме движения жидкости в круглой трубе, работающей полным сечением.

Величину ???? = ^???? , имеющую размерность м²/с, входящую в формулы

????

и (15), называют кинематическим коэффициентом вязкости жидкости.

Из изложенного следует, что для определения режима напорного движения жидкости в круглом трубопроводе достаточно вычислить по формуле (15) число Рейнольдса и сравнить его с критическим [2, 5, 9].

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. 7 в виде графика зависимости потерь напора по длине h_lот средней скорости υ), при ламинарном режиме потери напора h_lпропорциональны средней скорости υ в первой степени, а при турбулентном ‒ в степени 1,75 ≤ m ≤ 2. Заметим, что с помощью этого графика определяют величину критической скорости υ_кр, а через нее ‒ и критическое число Рейнольдса по формуле (14) [6].

Необходимо отметить, что график (см. рис. 7) построен в логарифмических координатах, что способствует преобразованию нелинейных зависимостей в линейные и упрощает обработку опытных данных.

Описание установки

Установка (рис. 8) включает в себя расположенную горизонтально стеклянную трубу, в которой и изучается движение воды при различных режимах, напорный бак, емкость с раствором красителя, подаваемого открытием крана 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 регулирующим вентилем. На стеклянной трубе имеются пьезометры для определения потерь напора по длине h_l(по разности их показаний) [6, 12].

Рис. 8. Схема установки для изучения режимов движения жидкости

Цель работы

Убедиться на опыте путем окрашивания струйки воды в стеклянной трубе в существовании ламинарного и турбулентного режимов.
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 < Re_кр, а при турбулентном Re > Re_кр.
Построить по опытным данным график lg h_l = f(lg ʋ), определить с его помощью критическую скорость v_кр, а через нее вычислить

критическое число ????????_кр(????)

₌????_кр???? _.

????

Подтвердить с помощью графика lg h_l = f(lg ʋ), что при ламинарном режиме потери напора по длине h_lпропорциональны средней скорости в первой степени, а при турбулентном ‒ в степени 1,75  m  2.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

Открыть подающий вентиль на питающем трубопроводе и наполнить водой напорный бак настолько, чтобы работало переливное устройство.
Открыть незначительно регулирующий вентиль на стеклянной трубке, чтобы скорость движения воды в ней была небольшой (вода должна течь тонкой струйкой).
Приоткрыть краник на емкости с красителем и направить в стеклянную трубку небольшое количество раствора красителя, чтобы окрашенная струйка воды представляла собой отчетливо выраженную нить по всей длине трубы.
Измерить с помощью мерной емкости и секундомера расход воды Q в трубе.
Измерить температуру воды в напорном баке термометром, определить по справочнику кинематический коэффициент вязкости воды.
Результаты измерений записать в табл. 4.
Увеличить открытием регулирующего вентиля скорость движения воды в стеклянной трубе, но так, чтобы окрашенная струйка жидкости сохранялась, т. е. чтобы режим остался ламинарным и, выполнив те же измерения, что и в первом опыте, записать их результаты в табл. 4.
Дальнейшим увеличением открытия регулирующего вентиля создать в стеклянной трубке турбулентный режим (об этом будет свидетельствовать интенсивное перемешивание раствора красителя с водой) и выполнить третий и четвертый опыты так, как описано выше. Результаты измерений записать в табл. 4.

Для заполнения табл. 5 сделать десять аналогичных опытов, увеличивая в каждом опыте открытие регулирующего вентиля в диапазоне от 0 до 100 % так, чтобы 4…5 замеров были выполнены в ламинарном режиме, а 5…6 ‒ в турбулентном. Результаты измерений записать в табл. 5.
Выполнить все вычисления, предусмотренные табл. 4 и 5.
Построить в масштабе по данным табл. 5 график lg h_l = f(lg ʋ_кр) и определить с его помощью критическую скорость ʋ_кр, а через нее и

???????? = ^????^кр^????, а также показатели степени m, m и коэффициенты

кр(оп) _????^{л т}

пропорциональности В_л и В_т (см. рис. 5).

Дать заключение по результатам работы.

Дополнительная информация

по управлению виртуальной моделью (см. рис. 8)

Для наполнения установки водой откройте вентиль подачи воды, щелкнув по нему левой кнопкой мыши.
Вентиль изменения расхода регулируется левой и правой кнопками мыши.
Подача красителя осуществляется при открытии краника щелчком по нему левой кнопкой мыши.
Перемещение камеры осуществляется клавишами со стрелками и наведением мыши к краям экрана.
Для перемещения камеры к пьезометрам щелкните по ним левой кнопкой мыши. В режиме работы с пьезометрами можно перемещать камеру вертикально с помощью клавиш со стрелками и мыши.
Для перехода к замеру расхода щелкните по изогнутому участку трубопровода (справа от вентиля изменения расхода).
Для замера расхода щелкните левой кнопкой мыши по появившемуся на экране секундомеру.
Возврат камеры в каждое предыдущее положение осуществляется щелчком правой кнопки мыши.
Более полную информацию по управлению можно получить в левом верхнем углу экрана, когда камера находится в отдаленном положении, нажав и удерживая кнопку 1 или 2 на клавиатуре.

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/4603

Смотрите также:







Изложение содержания дела, по которому приняты судебные постановления
_-___-~1
_1-тема-СтрМетал
_10_Эмиль Золя для эл версии