Последовательность проведения опыта

Заливают в сосуд примерно 1,6 л трансформаторного масла (допускается заливка воды).

Поворотом тумблера на передней панели включают электродвигатель, который вращает сосуд. Затем вращением регулятора, расположенного также на передней панели, устанавливается заданная частота вращения сосуда.

После того, как жидкость в сосуде придет в состояние относительного покоя, производят соответствующие измерения с помощью измерительной иглы.

Для этого вращением рукоятки измерительную иглу устанавливают сначала в такое положение, чтобы ось ее совпадала с осью сосуда (отметка «0» по горизонтальной шкале) отметка .

Затем вращением рукоятки, расположенной на каретке, измерительную иглу опускают до соприкосновения ее острия со свободной поверхностью жидкости и производят отсчет по нониусу Z_н. После этого иглу поднимают вверх и перемещают в горизонтальном направлении на 1 см и снова опускают до соприкосновения с жидкостью. В новом положении берут отчеты по нониусу. Аналогично проводят измерения для 7 – 8 точек.

Результаты опыта заносят в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Номер точки	Отсчет по горизонтальной шкале r, см	Отсчет по нониусу Zн, см

 

Затем:

- вычисляют величину возвышения H_опыт (табл. 2.2) опытной точки свободной поверхности относительно горизонтальной плоскости, проходящей через нижнюю точку свободной поверхности:

;

- вычисляют величину возвышения  точки свободной поверхности из формулы (2.1), приняв величину

;

определив

, при

то есть

и результаты заносят в табл. 2.2.

Сопоставляют величину возвышения , вычисленную на основании экспериментальных данных, с величиной , найденной расчетом:

 

.

 

Таблица 2.2

Номер точки	Расстояние от точки до оси вращения r, см	Величина возвышения		Расхождение между  и , %
		по данным опытов Hопыт, см	по вычислениям H теор, см

 

В заключение производят построение теоретической и экспериментальной кривых свободной поверхности жидкости по значениям величин возвышения. Обе кривые следует совместить на одном чертеже.

 

Контрольные вопросы

1. Форма свободной поверхности жидкости во вращающемся сосуде?

2. Какие силы действуют на жидкость во вращающемся сосуде? Чему они равны?

3. Какие силы действуют на неподвижную жидкость?

4. Гидростатическое давление, основное уравнение гидростатики.

5. Экспериментальная установка.

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Задание

1. Установить режим движения жидкости в трубе двумя способами:

а) путем визуального наблюдения;

б) на основе обработке опытных данных.

2. Сравнить результаты определения режима движения жидкости визуальным и расчетными методами.

 

Пояснение к работе

При протекании жидкости по трубам и каналам могут иметь место два различных по своему характеру режима движения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный – такой режим, при котором поток жидкости движется так, что элементарные струйки не перемешиваются (двигаются параллельно).

Турбулентный – такой режим, в котором элементарные струйки пересекаются и перемешиваются, а траектории отдельных частиц представляют сложные линии.

Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении жидкостей повышенной вязкости.

Свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц и развивать при движении внутренние касательные напряжения называется вязкостью. Вязкость зависит от рода жидкости, распределения скоростей между отдельными ее слоями, температуры и давления.

Отношение силы внутреннего трения к единице площади трущихся слоев называется касательным напряжением .

Характер движения жидкости зависит от скорости , диаметра трубы d, плотности ρ и вязкости жидкости. Он однозначно определяется безразмерным выражением, составленным из этих величин, которое называется критерием Рейнольдса:

или

,

где - кинематический коэффициент вязкости, определяемый, с учетом температуры, по эмпирической формуле Пуазейля:

,

где t – температура воды, °С.

При малых числах Рейнольдса (Re ≤ 2320) имеет место только ламинарный режим движения жидкости. При Re > 4000 возможен только устойчивый турбулентный режим движения.

Значения Re = 2320 и Re = 4000 соответственно называются нижним и верхним критическими числами Рейнольдса. В диапазоне Re = 2320 – 4000 могут наблюдаться и ламинарный и турбулентный режимы. Эта зона называется зоной неустойчивых режимов или переходной.

Определение режима движения жидкости имеет важное значение, так как потери напора в трубах зависят от режима, что необходимо учитывать при гидравлическом расчете трубопроводов.

 

Экспериментальная установка

В экспериментальной установке (рис. 3.1) вода из верхнего бачка 6 по стеклянной трубке 2 c диаметром d=16 мм поступает в нижний мерный бачок 8, из которого уходит на слив. В стеклянную трубку введена тонкая трубка 9, по которой поступает краситель из бачка. Для настройки и регулировки служат вентили 1, 3, 4, 5.

 

 

Рис. 3.1. Общий вид и схема установки