Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4. ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РУХУ РІДИНИ



ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РУХУ РІДИНИ

В КРУГЛІЙ НАПІРНІЙ ТРУБІ

Загальні відомості

 

Під режимом руху розуміють поводження окремих частинок рідини потоку, тоді як під видом руху розуміють поводження потоку в цілому.

При протіканні рідини у трубах і каналах мають місце два різних по своєму характеру режими руху - ламінарний і турбулентний.

Ламінарним називаються режим, при якому потік рідини рухається окремими струминками або парами і траєкторії окремих частинок рідини між собою не перетинаються, лінії течії співпадають з траєкторіями частинок.

Турбулентним називається режим, коли струмінь потоку порушується, частинки рідини перемішуються і траєкторії частинок є складними лініями, які перетинаються між собою.

Ламінарний режим спостерігається переважно при русі рідин підвищеної в'язкості (нафти, бітуму, мазуту і т.п.), а також коли рідина рухається через тонкі (капілярні) трубки, наприклад, рух води у порах ґрунту.

У більшості випадків інженерної практики руху води або інших рідин приблизно такої ж в'язкості (гас, спирт і ін.) має місце турбулентний режим. Так, рух води в системах водопостачання і каналізації, в каналах і річках має турбулентний режим.

Наявність ламінарного або турбулентного режиму залежить від швидкості руху, в'язкості рідини і від геометричних розмірів живого перерізу потоку.

Досліди Рейнольдса та інших учених показали, що при поступовому збільшенні швидкості ламінарний режим зберігається лиш до якоїсь певної швидкості, після якої наступає турбулентний режим.

При проведенні дослідів у зворотному порядку, тобто при зменшенні швидкості, турбулентний режим зберігається також до якоїсь певної швидкості, після чого переходить у ламінарний.

Швидкість, при якій відбувається зміна режимів руху, називається критичною швидкістю. При цьому розрізнюють дві критичні швидкості: нижню , при якій турбулентний рух переходить у ламінарний, і верхню , при якій ламінарний рух переходить у турбулентний. Завжди .

Таким чином, виявлення режиму руху рідини може бути проведено шляхом співставлення середньої швидкості з критичними швидкостями.

На практиці за критерій режиму руху рідини використовують число Рейнольдса, яке позначають символом .

Число Рейнольдса – це безрозмірний критерій і виражається залежністю:

  , (4.1)

де - середня швидкість руху потоку рідини;

- деякий характерний геометричний розмір живого перерізу потоку; - кінематичний коефіцієнт в'язкості.

Якщо за лінійну характеристику поперечного перерізу русла взяти діаметр труби , то залежність для числа Рейнольдса буде мати такий вигляд:

  . (4.2)

Фізичний зміст числа Рейнольдса можна визначити як відношення сил інерції до сил в'язкості. Чим менше число Рейнольдса, тим більший вплив сил в'язкості на рух рідини. Чим більше число Рейнольдса, тим більший вплив сил інерції в потоці в порівнянні з силами в'язкості.

Значення числа Рейнольдса, що відповідає стійкому переходу від турбулентного режиму руху до ламінарного (при нижній критичній швидкості, яку далі будемо називати просто критичною швидкістю і позначати ) називають критичним числом Рейнольдса і позначають .

На основі дослідів установлено, що при русі рідини в круглих гладких трубах перехід від турбулентного режиму руху до ламінарного настає при:

  . (4.3)

Для потоків не круглого перерізу у формули (4.2) і (4.3) замість діаметра вводиться гідравлічний радіус , який виражає відношення площі живого перерізу до змоченого периметра і для круглої труби дорівнює:

  . (4.4)

Тоді критичне число Рейнольдса для потоків, не круглого перерізу буде дорівнювати:

  . (4.5)

Це ж критичне значення числа Рейнольдса приймають і для потоків довільної форми.

Порівнюючи значення числа Рейнольдса, обчислене за формулою (4.2) для даного руху рідини, з критичним числом Рейнольдса, визначають режим руху.

Якщо: < - режим руху ламінарний;

> - режим руху турбулентний.

Визначення режиму руху в потоці має практичне значення, бо від нього залежать втрати енергії під час його руху.

При різних режимах руху мають місце різні залежності між втратами енергії (напору) і середніми швидкостями руху. При ламінарному режимі втрати енергії по довжині пропорційні першій степені швидкості, а при турбулентному - швидкості руху рідини в степені , що знаходиться в межах від 1,75 до 2.

Якщо позначити втрати напору (енергії) по довжині ділянки через , то можна записати:

- при ламінарному режимі:

  ; (4.6)

- при турбулентному режимі:

  , (4.7)

де - коефіцієнт пропорційності, який враховує вплив розмірів труби, властивості її стінок і види рідини;

- враховує вплив швидкості руху рідини на втрати енергії в потоці.

 

4.2. Склад лабораторної роботи

 

1. Візуальне спостереження ламінарного і турбулентного режимів руху.

2. Визначення за дослідними даними значень числа Рейнольдса для ламінарного і турбулентного режимів і співставлення їх з критичним числом Рейнольдса для підтвердження режиму руху, який спостерігався під час досліду.

3. Співставлення середньої швидкості з критичною для підтвердження режиму руху, який спостерігається під час досліду.

 

Дослідна установка

 

Установка для проведення лабораторної роботи складається з напірного резервуара, в якому підтримується рівень води, прозорої скляної трубки і посудини з рідкою фарбою, обладнана регулюючими пристроями для подачі фарби і регулювання витрати води. Для зменшення збурень, що вносяться в потік,

вхід у трубку зроблено плавним.

Величина витрати визначається мірним резервуаром. Схема установки показана на рис. 5. Витрата розчину фарби регулюється краном так як і витрата води.   Рис. 5. Схема установки до визначення режимів руху

 

4.4. Виконання роботи і обробка дослідів

 

1. Наповнюють напірний резервуар водою до сталого рівня. При незначному відкритті крана на скляній трубі вода з напірного резервуара почне надходити у скляну трубу з певною середньою швидкістю , що відповідає витраті і перерізу труби .

Відкривають кран на трубці , яка виходить із малого резервуара з фарбою і з неї почне надходити фарба в скляну трубу у вигляді тонкої прямолінійної струминки, яка не змішується з рештою рідини і різко виділяється, тобто спостерігається ламінарний режим. При цьому вимірюється об'єм W води, який надійшов у мірний резервуар і час Т його наповнення, а також температура води t0С. Відкривається кран ще далі, при цьому збільшується швидкість, лінія течії стає звивистою і при дальшому збільшенні швидкості відбувається перемішування забарвленої струминки з усією масою потоку, струминка швидко розпадається, набуваючи вигляду окремих кільцевих завихрень по всьому перерізу труби, тобто спостерігаються турбулентний режим. При цьому виконуються ті ж виміри, що і при ламінарному режимі.

2. Для кожного режиму руху обчислюють витрата Q і середню швидкість V за формулами

  і , (4.8)

де - площа поперечного перерізу скляної труби

  , (4.9)

3. По виміряній температурі води визначають кінематичний коефіцієнт в'язкості з довідникової літератури.

4. По формулі (4.2) для кожного режиму руху обчислюють число Рейнольдса.

5. Співставляють обчислені по формулі (4.2) числа Рейнольдса з критичним числом Рейнольдса і підтверджують режим руху, який спостерігався під час дослідів.

6. Обчислюють критичну швидкість за формулою

  , (4.10)

співставляють її з середньою швидкістю і також підтверджують режим руху, що спостерігався, тобто:

- режим руху ламінарний;

- режим руху турбулентний.

4.5. Контрольні запитання

1. Що таке режим руху рідини? Який режим називається ламінарним, а який - турбулентним?

2. Які фактори впливають на режим руху рідини?

3. Запишіть залежність для визначення числа Рейнольдса і поясніть її фізичний зміст.

4. Чим є критичне число Рейнольдса і яка його величина для трубопроводів і для потоків довільної форми?

5. Як практично визначається режим руху рідини?

6. Що таке критична швидкість і як за допомогою її визначити режим руху рідини?

7. Якій критичній швидкості відповідає критичне число Рейнольдса ?

8. У якій залежності по відношенню до середньої швидкості знаходяться втрати напору по довжині при ламінарному і турбулентному режимах?

9. При якому режимі втрати напору більші і чому?

10. Що таке в'язкість рідини і як вона впливає на величину числа Рейнольдса?

11. Як залежить величина числа Рейнольдса від температури рідини?

12. Яке практичне значення має визначення режиму руху рідини?

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.