Лабораторная работа №1
Тема: «Исследование сменырежимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса»
Цельработы
Демонстрациярежимов течения жидкости и экспериментальное определение критических чиселРейнольдса для труб круглого сечения.
Основныесведения
Режим теченияопределяется соотношением возмущающей течение силы инерции и стабилизирующейтечение силы вязкости. Отношение этих сил выражается безразмерным числом Рейнольдса:
/>,
где u – средняя скоростьтечения жидкости по сечению трубы;
L – характерный линейныйразмер поперечного сечения, заполненного жидкостью (так называемого «живогосечения») для труб круглого сечения L=d;
n– кинематическая вязкость.
Средняяскорость находится по формуле
/>,
где Q – расход потока, т.е.объем жидкости, протекающий за единицу времени через данное сечение потока,площадь которого равна S. Возможны два принципиально отличающихся режима теченияжидкости, получивших название ламинарного (слоистого) и турбулентного (бурного,возмущенного) режимов. При достаточно малых скоростях основного потока, когдачисло Рейнольдса меньше определенного критического (Re Reкр силы инерции преобладаютнад силами вязкости, и наступает вполне развитая турбулентность. Критическоечисло Рейнольдса, как правило, заключено в некоторых пределах: Reкр.н. ≤ Reкр ≤ Reкр.в, где Reкр.в. – максимальноекритическое число Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный;Reкр.н – нижнее критическоечисло Рейнольдса, т.е. минимально возможное число, соответствующее переходутурбулентного режима в ламинарный.
Установлениережима движения имеет большое практическое значение, так как он определяетважнейшие характеристики потока, как распределение скоростей, гидравлическоесопротивление, теплоотдачу и др.
Описание установки
Установка Рейнольдса (рис. 1) состоит из напорного бака 1,прозрачной трубы 2 круглого сечения с плавным входом, промежуточного бака 3 срегулирующим краном 4, расходомерного устройства 5, а также системы подачи ислива рабочей жидкости (воды) и системы подачи краски. Промежуточный бак 3предназначен для устранения влияния крана 4 на распределение скоростей в трубе2. Расходомерное устройство 5 представляет собой емкость, в днище которойнаходятся калибровочные отверстия с насадками. При том или ином расходе,поступающем в емкость из крана 4, жидкость в расходомером устройстве 5устанавливается на определенном уровне, который отсчитывается по шкале. Пополученному уровню Н с помощью экспериментальных (тарировочных)зависимостей вычисляют расход Q. Такие устройства для измерения расходаназываются данаидами.
/>
Обработкаданных:
течение жидкость рейнолдс труба
Таблица 1№ опытов Температура t, С
Кинематическая вязкость , см2/с Уровень в мерном бачке Н, мм
Расход Q, см3/с
Средняя скорость
/> см/с
Число Рейнольдса
/> Режим по визуальным наблюдениям 1 2 3 4 5 6 7 8 1 20 0,01007 25 13,489 4,766 899 Л 2 20 0,01007 205 36,307 12,829 2435 Л>Т 3 20 0,01007 260 39,810 14,067 2654 Т 4 20 0,01007 170 33,113 11,700 2207 Т>Л
Внутреннийдиаметр d = 1,9 см.
1.Кинематическая вязкость в зависимости от температуры находится по эмпирическойформуле Пуазеля:
/> />.
2. Поизвестному уровню Н (мм) с помощью эмпирической зависимости (для малогокалибровочного отверстия
3. Средняяскорость движения воды в трубе находится по формуле:
/>,
где S – площадь поперечногосечения трубы />.
4. ЧислоРейнольдса для трубы находится по формуле: />.
5. Среднеечисло Рейнольдса находится как
/>