Исследование режимов движения жидкости
Особенности течения жидкости при ламинарном и турбулентном режимах движения. Определение значения числа Рейнольдса для наблюдаемых режимов движения, его роль для решения задач инженерной гидравлики. Анализ схемы и результатов действия опытной установки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.12.2012 |
| Размер файла | 116,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Российской Федерации
Сибирский Государственный Технологический Университет
Факультет: Лесоинженерный
Кафедра: Использования водных ресурсов
Лабораторная работа №4
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Выполнил: ст-т гр. 13-3
Зубакин А.С.
Проверил: преподаватель
Губин И.В.
г. Красноярск
2012 г.
Цель работы
Путем визуальных наблюдений ознакомиться с особенностями течения жидкости при ламинарном и турбулентном режимах движения. Определить значения числа Рейнольдса для наблюдаемых режимов движения.
Общие сведения
Экспериментальные исследования показали, что при течении жидкости наблюдаются два основных режима - ламинарный и турбулентный. Ламинарный (слоистый) режим движения характеризуется прямолинейными или плавно изменяющимися траекториями и отсутствием перемешивания жидкости. При турбулентном (беспорядочном) режиме нарушается слоистый характер течения, происходит интенсивное перемешивание жидкости.
Для количественной оценки режимов движения жидкости используется безразмерное число или критерий Рейнольдса
, (4.1)
где c - средняя скорость потока жидкости, м/с;
L - характерный линейный размер, м;
- кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с, (см. Приложение А).
Для напорного течения жидкости в круглых трубах
, (4.2)
течение жидкость ламинарный турбулентный
где d - внутренний диаметр трубы, м.
Необходимость определения числа Рейнольдса имеет принципиальное значение при решении основной задачи инженерной гидравлики - расчете потерь полного напора. Установлено, что потери полного напора при ламинарном режиме движения жидкости зависят от средней скорости потока в первой степени, а при турбулентном - от средней скорости потока в степени, близкой к двум (1,75 2).
Существуют два критических значения числа Рейнольдса, при которых происходит изменение режима движения жидкости. Нижнее критическое число Reнк ограничивает область ламинарного режима движения. Верхнее критическое число Reвк является началом области устойчивого турбулентного режима движения. Между Reнк и Reвк находится переходная область, где возможны ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.
Для условий напорного течения жидкости в поле сил земного тяготения Рейнольдсом получены для круглой трубы следующие значения Reнк=2320 и Reвк=13800. Если на поток воздействовать центробежными силами, магнитным полем или специальными добавками, то удается сохранить ламинарный режим до очень высоких значений Re.
Опытная установка
Установка для изучения режимов движения жидкости (см. рисунок 4.1) включает напорный резервуар 1, соединенный стеклянной трубой 2 с приемным резервуаром 3. Подача воды по трубопроводу 4 и поддержание постоянного уровня воды в резервуаре 1 осуществляется с помощью вентиля 5. Регулирование расхода воды (скорости течения) в стеклянной трубе 2 выполняется вентилем 6. С помощью переливного устройства 7 вода может направляться в мерный резервуар 8 или сбросной отсек 9. Визуализация траекторий движения частиц жидкости производится пуском красителя из резервуара 10 через кран 11 по трубе 12.
Измерительная часть установки состоит из термометра, секундомера, мерного резервуара 8, имеющего вентиль 13 для слива воды.
Рис. 4.1 - Схема опытной установки
Порядок проведения опытов
Вентили 5 и 13 открываются. По стеклянной стенке резервуара 1 фиксируется его полное наполнение водой.
Открытием вентиля 6 устанавливается медленное течение воды в стеклянной трубе 2. Краном 11 производится пуск красителя в стеклянную трубу. Регулированием степени открытия вентиля 6 добиваются устойчивого положения прямой линии траектории движения красителя, что будет соответствовать ламинарному режиму движения жидкости. Указанные действия выполняются при положении переливного устройства 7, обеспечивающего слив воды в сбросной отсек 9.
Вентиль 13 закрывается. Переливное устройство 7 устанавливается в положение, обеспечивающее слив воды в мерный резервуар 8. С помощью секундомера определяется время наполнения мерного резервуара 8 от отметки 0 до отметки 5 см. Термометром измеряется температура воды в резервуаре 1, затем вентиль 13 открывается. Результаты измерений заносятся в таблицу 4.1 для условий первого опыта.
Таблица 4.1 - Результаты измерений и обработки опытных данных
|
№ опыта |
Измеренные величины |
Расчетные величины |
|||||||
|
Т, оС |
W, см3 |
t, с |
, см2/с |
Q, см3/с |
c, см/с |
Re |
Режим движения |
||
|
1. 2. 3. |
17 17 17 |
1215 2430 2430 |
86 17 6 |
0,0109 0,0109 0,0109 |
14,1 142,9 405 |
2,9 29,2 82,7 |
665,1 6697,2 18967 |
Ламинар. Лам. Турб. Турбул. |
Условные обозначения в таблице 4.1 :
Т - температура воды в градусах Цельсия;
W - объем воды в мерном резервуаре;
t - время наполнения мерного резервуара;
Q - расход воды.
Регулированием степени открытия вентиля 6 добиваются криволинейной линии траектории движения красителя, что будет соответствовать смене режимов движения жидкости - переходу от ламинарного к турбулентному. Вентиль 13 закрывается. С помощью секундомера определяется.
время наполнения водой мерного резервуара 8 от отметки 0 до отметки 10 см. Термометром измеряется температура воды в резервуаре 1. Затем вентиль 13 открывается. Результаты измерений заносятся в таблицу 4.1 для условий второго опыта.
Регулированием степени открытия вентиля 6 добиваются полного перемешивания красителя по живому сечению трубы, что будет соответствовать турбулентному режиму движения жидкости. Вентиль 13 закрывается. С помощью секундомера определяется время наполнения водой мерного резервуара 1 от отметки 0 до отметки 20 см. Термометром измеряется температура воды в резервуаре 1. Затем вентиль 13 закрывается. Результаты измерений заносятся в таблицу 4.1 для условий третьего опыта.
Обработка опытных данных
Определяется расход воды в стеклянной трубе
. (4.3)
Определяется средняя скорость потока в трубе
(4.4)
где - площадь живого сечения трубы, см2
. (4.5)
Определяется кинематический коэффициент вязкости воды в зависимости от её температуры (таблица 4.2)
Таблица 4.2 - Зависимость = f(T) для воды
|
Т, оС |
5 |
10 |
12 |
15 |
17 |
20 |
|
|
, см2/с |
0,0152 |
0,0131 |
0,0124 |
0,0114 |
0,0109 |
0,0101 |
По формуле (4.2) определяется число Рейнольдса.
Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.1.
D=2.5см
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Демонстрация режимов течения жидкости и экспериментальное определение критических чисел Рейнольдса для труб круглого сечения. Структура и основные элементы установки Рейнольдса, ее функциональные особенности и назначение, определение параметров.
лабораторная работа [29,2 K], добавлен 19.05.2011Выведение уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости - уравнения Стокса. Рассмотрение основных режимов движения жидкости в горизонтальных трубах постоянного поперечного сечения - ламинарного и турбулентного. Определение понятия профиля скорости.
презентация [1,4 M], добавлен 14.10.2013Теория движения жидкости. Закон сохранения вещества и постоянства. Уравнение Бернулли для потока идеальной и реальной жидкости. Применение уравнения Д. Бернулли для решения практических задач гидравлики. Измерение скорости потока и расхода жидкости.
контрольная работа [169,0 K], добавлен 01.06.2015Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Локальный критерий Нуссельта. Влияние физических свойств жидкости на теплоотдачу. Плотности потоков теплоты и импульса при турбулентном режиме течения вдоль плоской стенки. Конвективный теплообмен шара.
лекция [3,1 M], добавлен 15.03.2014Понятия и устройства измерения абсолютного и избыточного давления, вакуума. Определение силы и центра давления жидкости на цилиндрические поверхности. Границы ламинарного, переходного и турбулентного режимов движения. Уравнение неразрывности для потока.
контрольная работа [472,2 K], добавлен 08.07.2011Расчет потерь напора при турбулентном режиме движения жидкости в круглых трубопроводах и давления нагнетания насоса, учитывая только сопротивление трения по длине. Определение вакуума в сечении, перемешивания жидкости, пульсации скоростей и давлений.
контрольная работа [269,2 K], добавлен 30.06.2011Создание модели движения жидкости по сложному трубопроводу с параллельным соединением труб и элементов. Уравнения механики жидкости и газа для подсчета потерь на трение. Определение числа Рейнольдса. Система уравнений Бернулли в дифференциальной форме.
контрольная работа [383,5 K], добавлен 28.10.2014Основное уравнение гидростатики, его формирование и анализ. Давление жидкости на криволинейные поверхности. Закон Архимеда. Режимы движения жидкости и гидравлические сопротивления. Расчет длинных трубопроводов и порядок определения силы удара в трубах.
контрольная работа [137,3 K], добавлен 17.11.2014Уравнение неразрывности потока жидкости. Дифференциальные уравнения движения Эйлера для идеальной жидкости. Силы, возникающие при движении реальной жидкости. Уравнение Навье - Стокса. Использование уравнения Бернулли для идеальных и реальных жидкостей.
презентация [220,4 K], добавлен 28.09.2013Элементарная струйка и поток жидкости. Уравнение неразрывности движения жидкости. Примеры применения уравнения Бернулли, двигатель Флетнера (турбопарус). Критическое число Рейнольдса и формула Дарси-Вейсбаха. Зависимость потерь по длине от расхода.
презентация [392,0 K], добавлен 29.01.2014
