Описание лабораторной установки и порядок проведения работы

Установка для изучения режимов движения жидкости (рис. 3.2) [6] состоит из: напорного бака 5, стеклянной трубки 7, мерного бака 10, указателя уровня воды в мерном баке 9, резервуара 1 с подкрашенной жидкостью, трубки 6, кранов 2, 8, 11, 12, обеспечивающих соответственно подачу воды в бак 5, поступление подкрашенной жидкости в трубку 6, подачу воды в мерный бак и слив жидкости из мерного бака. Маховики управления кранами выведены на переднюю панель установки.

Уровень воды в напорном баке поддерживается постоянно с по­мощью трубки 13, соединенной со сливом. Визуально обзор уровня воды в баке осуществляется через смотровые стекла 4, 14, температура измеряется термометром 3.

Рис. 3.2. Схема гидравлическая

Опыты начинают с малых расходов жидкости в стеклянной трубке 7. Для этого открывают кран 12 и заполняют напорный бак, уровень воды в котором благодаря трубке 13 поддерживается постоянно.

Далее открывают кран 11 и приоткрывают кран 8, при этом вода из напорного бака движется по стеклянной трубке с небольшой скоростью. Открывая кран 2, регулируют поступление подкрашенной жидкости в стеклянную трубку, так чтобы скорость выпускаемой жидкости была примерно одинакова со скоростью воды в той точке стеклянной трубки, к которой подключена трубка с подкрашенной жидкостью. При этом подкрашенная тонкая струйка жидкости четко выделяется и не перемешивается с водой (ламинарный режим),

По мере увеличения расхода струйка окрашенной жидкости начинает колебаться, приобретая волнистый характер с местными разрывами. Такое неустойчивое положение струйки соответствует переходному состоянию, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным.

Дальнейшее открытие крана 9 и увеличение расхода воды в стеклянной трубке приводит к резкому изменению характера движения: струйка окрашенной жидкости размывается, вода в стеклянной трубке становятся равномерно окрашенной, наступает турбулентный режим.

Во время проведения опытов определяют расход жидкости. Для этого закрывают кран 11 и засекают по секундомеру время заполнения мерного бака. По указателю уровня 10 и тарировочной характеристике (рис. 3.3) определяют объем жидкости в мерном баке. Расход находим по формуле

, (3.16)

где Q - расход жидкости, см3/с; W - объем воды в мерном баке, см3; t - время наполнения мерного бака.

Определяют среднюю скорость течения воды в стеклянной трубке:

, (3.17)

где S - площадь живого сечения потока, см2.

По табл. 3.4 определяют кинематическую вязкость воды, предварительно измерив температуру воды по термометру 3.

Таблица 3.4

T, ^0C
,см^2/с	0,0135	0,0131	0,01127	0,01124	0,0121	0,0118	0,0115
T, ^0С
, см^2/с	0,0112	0,0109	0,0106	0,0104	0,0101	0,010	0,0099

 

Для каждого режима течения жидкости определяем число Рейнольдса:

, (3.18)

где d - внутренний диаметр стеклянной трубки, d = 2,0 см.

Рис. 3.3. Тарировочный график W=f(h)

Полученное по формуле (3.18) число Рейнольдса сравнивают с его критическим значением для трубопровода круглого сечения и устанавливают режим движения жидкости.

Результаты опытов заносим в табл. 3.5.

По результатам расчетов делаем выводы о режимах движения жидкости.

 

Таблица 3.5.

№ п.п.	Величина	Един.изм.
	Уровень в мерном баке h	см
	Объем воды в мерном баке W	см^3
	Время наполнения мерного бака t	с
	Расход воды Q	см^3/с
	Площадь живого сечения стеклянной трубки S (d=2,0 см)	см^2
	Средняя скорость воды V	см/с
	Температура воды T	С^0
	Кинематический коэффициент вязкости	см^2/с
	Число Рейнольдса Re
	Режим движения жидкости

Контрольные вопросы

1.1 Какие бывают режимы движения жидкости?

1.2 Что является критерием режима движения жидкости?

1.3 От каких величин зависит число Рейнольдса?

1.4 Как по числу Рейнольдса определить режим движения жидкости?

1.5 От каких величин зависит средняя скорость потока?

1.6 Дать определение средней скорости потока.

1.7 Для чего определяется режим движения жидкости?

1.8 Кем впервые было предсказано существование двух режимов движения жидкости?

1.9 Что понимается под критическим числом Рейнольдса?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА

ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА