Лабораторная работа выполняется на стенде ТМЖ-2В-09-12

1. Полностью закрыть задвижки З4, З5 и краны КРЗ, КР4. Задвижку З7 и краны КР1, КР2, КР9 полностью открыть.

2. Повернуть переключатель насоса H1 в крайнее правое положение и включить питание переключением соответствующего тумблера на блоке управления.

3. Поворачивая рукоятку задвижки З7, установить запорный элемент примерно в среднее положение.

4. Повернуть переключатель прибора для измерения времени в положение « ЕМ1».

5. Закрыть кран КР9. Измерить время ∆t заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1. В случае автоматического измерения контрольный объем фиксирован и составляет V=2,0 л. Записать значение времени в таблицу 1.1.

6. Открыть кран КР9 и слить жидкость из мерной емкости. Обнулить показания электронного секундомера.

7. Повернуть переключатель прибора для измерения времени в положение «секундомер». Измерить время ∆t заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1, используя прибор в качестве электронного секундомера, т.е. запуская и останавливая его вручную. Записать значение времени и высоты контрольного отсека жидкости L (по боковым шкалам), на которой измерялось это время, в таблицу 1.1.

8. Выключить электропитание насоса.

 

Обработка результатов опыта:

1. Найти объем V, зная внутренний диаметр мерной емкостиD=114mm, можно по высоте контрольного отсека жидкости L (измеряется по боковым шкалам)

                                               (1.1)

2. Определить расход по формуле

                                                  (1.2)

3. Результаты записать в таблицу 1.1.

4. Сделать и записать выводы.

 

Таблица 1.1.

Способ измерения	L, м	V, л	∆t, сек	Q, л/с
Автоматический режим	–	2,0
Ручной режим

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО И ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы:

Изучение особенностей ламинарного и турбулентного режимов течения. Исследование влияния критерия Рейнольдса на режим течения жидкости. Экспериментальное определение критического значения числа Рейнольдса.

 

Задание:

Установить опытным путем наличие двух режимов движения жидкости: ламинарного и турбулентного. Вычислить при обоих режимах числа Рейнольдса. Отметить переход от одного режима к другому и определить значение критического числа Рейнольдса. Выяснить из опытов характер зависимости потерь напора по длине трубы от режима движения.

 

Теоретические основы метода:

В зависимости от характера движения вязкой жидкости различают два различных режима – ламинарный и турбулентный.

Если мы рассматриваем ламинарный поток жидкости, то он имеет слоистую структуру, это означает, что все частицы жидкости дви­жутся с различными скоростями, но что важно отметить параллельно оси трубы. При этом не происходит перемешива­ния и различного рода пульсаций скорости и давления.

Если мы рассматриваем турбулентный поток жидкости, то он характеризуется неупорядоченным движением частиц жидкости. Помимо основного, которым является поступательное перемещение частиц жидкости, так же присутствуют и вращательные движения, так же в какой-то степени хаотичные перемещения в поперечном направлении, что приводит к перемешиванию слоев жидкости. Не мало важно и то, что в любой точке турбулентного потока присутствуют, и от них не избавиться, пульсации скорости и давления.

Опытным путем было установлено, что переход от одного режима движения к другому, то есть от ламинарного к турбулентному движению, происходит моментально, внезапно, скачкообразно, при определенном зна­чении определенного параметра, который является безразмерным. Данный безразмерный параметр получил название числа Рейнольдса:

 

,

(2.1)

 

где u - средняя скорость потока, м/с;

d - диаметр трубы, м; 

n - кинематическая вяз­кость жидкости, м²/с.

Для каждой конкретной установки существует своего рода свой диапазон значений числа Re. Каждое из которых можно рассматривать как критические значения Re_кр. При критических значениях числа Рейнольдса у нас происходит смена режимов движения. Существует множество факторов, которые влияют на значение критического числа Рейнольдса, к ним можно отнести различные возмущения, которые возникают в потоке, преимущественно из-за особенностей структуры течения до входа в трубу и при входе (сужение потока и т.п.).

Важно узнать и запомнить, что переход от ламинарного режима движения к турбу­лентному осуществляется при достижении довольно больших значений числа Re. И наоборот, чтобы восстановить ламинарный режим движения при переходе к нему от турбулентного происходит при относительно малых значе­ниях числа Re. В практике гидравлических расчетов именно это малое зна­чение Re и принимают за Re_кр.

При движении жидкости в круглых трубах обычно принимают Re_кр = 2320. Таким образом, при Re  <   Re_кр в потоке сохраняется ламинарный ре­жим, а при Re > Re_кр - турбулентный. Переход ламинарного режима в турбулентный можно осуществить при условии увеличения скорости потока (расхода), а также при уменьшении вязкости жидкости и поперечных размеров потока (при постоянном расходе).

Если в начале и конце трубы установить пьезометры, то разность пьезометрических напоров h₁ в начале и h₂ в конце трубы покажет величину потери напора на трение h_l при движении на расстояние l между сечениями 1-1 и 2-2 (рис. 4).

 

	Рис. 4. Схема измерения потери напора на трение по длине трубы.

 

Зависимость гидравлических потерь на трение от скорости потока имеет вид:

(2.2)

 

где a - коэффициент пропорциональности;

       n - показатель степени.

При ламинарном режиме потери на трение пропорциональны средней скорости потока (n=1). При турбулентном режиме с увеличением числа Рейнольдса показатель степени в формуле (2.2) возрастает от n=1,75 до n=2. Меньшее значение этого интервала выбирается для гидравлически гладких труб и наоборот большее значение – выбирается для шероховатых труб, то есть согласно квадратичному закону сопротивления. Переходную область распределения характеризуют промежуточные значения.

Проведение опыта: