1.1. Цель работы
Целью
представленной работы является визуальное
наблюдение устойчивых режимов движения
жидкости и экспериментальное определение
чисел Рейнольдса, соответствующих
указанным режимам движения.
Проведение
данной работы даёт более ясное
представление о физической сущности
тех явлений, которые происходят при
двух качественно различных режимах
движения жидкости. Кроме того, проводимые
опыты содействуют приобретению навыков
экспериментального определения расхода
(объёмным способом) и средней скорости
движения воды.
1.2. Общие сведения
Существуют
два принципиально различных режима
движения жидкости: ламинарный
и турбулентный.
Впервые различия ламинарного и
турбулентного режимов движения жидкости
наблюдал немецкий инженер — гидротехник
Г. Хаген в 1839 году. В 1880 году Д. И. Менделеев
в работе ″О сопротивлении жидкостей и
воздухоплавании″ отметил зависимость
сил трения от скорости движения при
различных режимах движения жидкости.
Наиболее полно этот вопрос исследовал
английский физик О. Рейнольдс в 1883 году.
Он наблюдал за движением жидкости в
стеклянной трубе, вводя в поток
подкрашенную жидкость при помощи тонкой
трубки. В одних случаях подкрашенная
жидкость двигалась практически
прямолинейно (поперечное перемешивание
жидкости отсутствовало), в других случаях
наблюдалось беспорядочное перемешивание
частиц жидкости. Интенсивное поперечное
перемешивание частиц жидкости может
происходить только в результате изменений
во времени (пульсаций)
векторов
местных скоростей в потоке.
Движение
жидкости, при котором отсутствуют
изменения (пульсации) векторов местных
скоростей, называют ламинарным
(от латинского слова ″lamina″
– слой). Жидкость при этом рассматривается
как совокупность отдельных слоёв,
движущихся с разными скоростями, не
перемешиваясь друг с другом. Движение
жидкости, при котором происходят
изменения (пульсации) векторов местных
скоростей, приводящие к перемешиванию
жидкости, называют турбулентным
(от латинского слова ″turbulentus″
– беспорядочный, хаотичный).
Исследование
течений жидкости в круглой трубе,
проведённое О. Рейнольдсом в 1883 году,
было документировано не фотографиями,
а рисунками. Благодаря сохранившейся
экспериментальной установке в
Манчестерском университете, столетием
позже была сделана серия фотографий
исследования течения жидкости (рис. 4).
Рис. 4. Режимы
течения жидкости: а) – устойчивый
ламинарный;
б) – переходный
(область неустойчивых режимов); в) —
турбулентный
Для
практического применения важно уметь
определять режим движения жидкости без
непосредственного (визуального)
наблюдения за характером движения её
частиц. Критерием, позволяющим определить
режим движения жидкости без непосредственного
наблюдения, является безразмерное число
Рейнольдса Re:
Re
=
,
(1.1)
| где | V ℓ ν |
В
случае круглых напорных труб в качестве
характерного размера потока принимают
внутренний диаметр d
трубы (в остальных случаях – гидравлический
радиус R
или глубину жидкости h
в открытом канале, русле). Поэтому число
Рейнольдса имеет индекс, указывающий
выбранную характерную линейную величину.
Для круглых напорных труб число Рейнольдса
записывается в виде:
Red
=
. (1.2)
Опытами
установлено, что устойчивое ламинарное
движение жидкости в круглых трубах с
обычно встречающейся шероховатостью
наблюдается при Red
< 2000…2300. При Red
> 8000…12000 в обычных условиях имеет
место турбулентный режим движения
жидкости. При 2000…2300 < Red
< 8000…12000 возможен как ламинарный, так
и турбулентный режим (область неустойчивых
режимов). Практически
считают, что при
Red
< 2300 имеет
место ламинарный режим движения жидкости,
а при
Red
> 2300 —турбулентный.
Одной из задач данной работы является
определение критического числа Рейнольдса
(Red)к,
которое может находиться в пределах от
1000 до 2300 (критическим число Рейнольдса
является при переходе турбулентного
режима движения жидкости в ламинарный
и наоборот).
Как
видно из формулы (1.2), режим течения
жидкости зависит от:
—
скорости движения жидкости V;
—
плотности жидкости ρ
и динамической вязкости μ
(кинематическая вязкость ν
= μ/ρ);
—
температуры жидкости t,ºС
(от температуры зависит значение
кинематической вязкости ν);
—
линейных размеров (площади поперечного
сечения потока S).
Помимо
выше перечисленных факторов, переход
от ламинарного течения жидкости в
турбулентный зависит также от шероховатости
стенок трубы, от соответствия скоростей
течения и плотности подкрашенной струйки
жидкости и потока, от возмущений,
создаваемых у источника питания потока,
от сотрясений русла потока и т. д.
Поскольку
опытные исследования по определению
режимов течения жидкости проводятся
только для круглых труб, то индекс «d»
в обозначении числа Рейнольдса в
дальнейшем указываться не будет.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Федеральное агентство
по образованию
Санкт-Петербургский государственный горный институт
им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Кафедра рудничных стационарных установок
Лабораторная работа №2
Изучение
режимов движения жидкости
По дисциплине: Гидравлика
______________________ _______
(наименование учебной дисциплины согласно учебному
плану)
Выполнил: студент гр. _______
____________________ /_______________/
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: доцент ________________ /___________________/
(должность)
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2008
Цель
работы: опытным путём определить режим течения жидкости.
Краткое
теоретическое обоснование
Расход
воды:
,
где Wi – объем воды
в мерном бачке при i-ом измерении, см3 ;
,
где ti – время заполнения бачка при i
– ом измерении, сек;
mi – масса
бачка с водой при i – ом измерении, г;
m0 – масса пустого сухого бачка, г;
r0 – плотность воды, r = 1 г/см3.
или
,
где S – площадь дна бака, см2;
высота уровня воды в баке, см.
Средний
расход воды в каждом из опытов
Кинематический
коэффициент вязкости вычисляется методом интерполяции по формуле:
,
где q — измеренное значение
температуры воды; qi, qi+1
– температура;
ni
и ni+1
– значения кинематических коэффициентов вязкости воды, соответствующие
значениям температур qi и qi+1.
Число
Рейнольдса для каждого из режимов вычисляется по формуле:
,
где V – средняя скорость движения жидкости или газа, d- диаметр трубы, r —
плотность жидкости или газа, 
и n
— динамический и кинематический коэффициент вязкости жидкости или газа
или
,
Подборка по базе: Практическая Работа Детский коллектив.rtf, Практическая работа по трудовому праву Ситдикова.docx, Исследовательская работа Аделя.docx, Контрольная работа Геодезия Иваницкая Б.А..docx, КУРСОВАЯ РАБОТА.doc, КУРСОВАЯ РАБОТА.doc, Практическая работа №6 внеуроч-ая.rtf, Иваницкая Б.А._СТРбвд-2003а_ОСКТАиС_Лабораторная работа 7.docx, Контрольная работа по математике 5 класс _ Умножение и деление о, Лаборатораня работа 12.docx
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Изучение режимов движения жидкостей в трубах
Цели работы
1.На основании наблюдений за поведением струйки подкрашенной жидкости убедиться в существовании двух режимов движения жидкости — ламинарного и турбулентного и получить представление о характере движения частиц жидкости в потоке при этих режимах.
2.Получить данные о величине Re и Reкр для потоков жидкостей в круглых трубах.
3.Сравнить данные визуальных наблюдений и выполненных расчетов.
Записать в приведенной ниже таблице название каждого элемента лабораторной установки и коротко пояснить его назначение
| Номер на схеме | название | назначение |
| 1 | Напорный бак | Создание напора жидкости в опытном трубопроводе |
| 2 | Сливная труба | Удаление излишка воды из бака |
| 3 | Переливное устройство | Удаление избытка жидкости из напорного бака |
| 4 | емкости с подкрашенной жидкостью | Подкрашивание жидкости для визуального определения режима движения |
| 5 | кран | Регулирование подачи жидкости в стеклянную трубку |
| 6 | лампы подсвечивания | Улучшение визуализации движения жидкости в стеклянной трубке |
| 7 | Стеклянная трубка | Экспериментальный участок трубопровода |
| 8 | Кран | Регулирование слива жидкости из стеклянной трубки |
| 9 | Мерная емкость | Замер расхода жидкости |
| 10 | Кран | Слив жидкости из напорного бака |
| 11 | Кран | Подача жидкости в напорный бак |
| 12 | Стойки | Закрепление напорного бака |
| Опытные данные | Результаты расчетов | ||||
d=3,6
|  Авод= | ||||
| № | Режим движения жидкости |  |  |  | Re |
| 1 | Ламинарный | 120 | 55,72 | 0,0000373 | 1319 |
| 2 | Переходный | 60 | 59,34 | 0,0000806 | 2852 |
| 3 | Турбулентный | 30 | 84,36 | 0,000244533 | 8656 |
Место для выполнения расчетов
Пример расчета для ламинарного движения
Пример расчета для ртути
| Жидкость | t0, C |  | A | Re(Q1) | Re(Q2) | Re(Q3) |
| Ртуть | 10 | 0,00000012 | 294880868 | 10989 | 23758 | 72108 |
| Бензин | 10 | 0,00000087 | 40673223,2 | 1516 | 3277 | 9946 |
| Масло | 10 | 0,00035 | 101102,012 | 4 | 8 | 25 |
Выводы по результатам выполненной работы
В работе исследованы режимы движения жидкости: ламинарный, переходный, турбулентный. Построены графики зависимости числа Рейнольдса (режима движения) от расхода, диаметра трубы, температуры и времени наполнения бака.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Определение коэффициента гидравлического сопротивления трения по длине для прямой горизонтальной трубы постоянного сечения
Цели работы.
1.Экспериментальное определение потери напора по длине при установившемся равномерном движении воды в круглой трубе;
2.Определение областей сопротивления, к которым относятся проведенные опыты;
3.Экспериментальное определение коэффициента гидравлического трения;
4.Сопоставление полученных результатов со значениями λ, рассчитанными по формулам;
5. Опытное определение зависимости потери напора по длине от средней скорости движения воды в трубопроводе.
Записать в приведенной ниже таблице название каждого элемента лабораторной установки и коротко пояснить его назначение
| Номер на схеме | название | назначение |
| 1 | Труба | Подача жидкости в напорный бак |
| 2 | Вентиль | Регулировка подачи жидкости в напорный бак |
| 3 | Напорный бак | Создание напора жидкости в опытном трубопроводе |
| 4 | Переливное устройство | Удаление избытка жидкости из напорного бака |
| 5 | Сливная труба | Удаление избытка жидкости из переливного устройства |
| 6 | Опытная труба | Труба для замера потерь напора по длине |
| 7 | Соединительные шланги | предназначены для определения величины потери напора на измеряемом участке трубопровода длиной L=4 м. |
| 8 | дифференциальный пьезометр | Прибор для измерения падения напора |
| 9 | Мерная емкость | Измерение расхода |
| 1-1 и 2-2 | Сечения | Сечения ограничивающие участок измерения потерь напора |
| А-А | Свободная поверхность | Свободная поверхность бака с атмосферным давлением |
| 3-3 | Выходное сечение | Выходное сечение трубопровода |
Опытные и расчетные данные
d=1,4 см, L=4 м,  , t=  ,   | ||||||
| № |  | |  | U, м/c | Re | λ |
| 1 | 0,43 | 14,5 | 0,00000583 | 0,038 | 349,43 | 0,205 |
| 2 | 1,19 | 21,0 | 0,00001667 | 0,108 | 998,37 | 0,069 |
| 3 | 2,22 | 29,2 | 0,00003033 | 0,197 | 1817,04 | 0,039 |
| 4 | 9,38 | 45,3 | 0,00005717 | 0,372 | 3424,42 | 0,047 |
| 5 | 15,25 | 56,1 | 0,00007517 | 0,489 | 4502,67 | 0,044 |
| 6 | 21,29 | 64,5 | 0,00008917 | 0,580 | 5341,30 | 0,043 |
| 7 | 24,82 | 72,4 | 0,00010233 | 0,665 | 6130,02 | 0,038 |
Полученные значения λ нанести на графики
Место для выполнения расчетов
Расход воды определяется по формуле:
Пример расчета для второй строки
Средняя скорость воды в трубке по формуле:
Пример расчета для второй строки
числа Рейнольдса определяются по формуле
Пример расчета для второй строки
коэффициент гидравлического трения λ определяется по формуле:
Пример расчета для второй строки
Расчетные данные для построения линий напоров
| № | 157λ |  |  |  |  |  |
| 1 | 32,144 | 0,000072 | 2,0974 | 2,0931 | 20974 | 20931 |
| 2 | 10,897 | 0,000587 | 2,0908 | 2,0789 | 20908 | 20789 |
| 3 | 6,137 | 0,001943 | 2,0789 | 2,0567 | 20789 | 20567 |
| 4 | 7,301 | 0,006902 | 2,0172 | 1,9234 | 20172 | 19234 |
| 5 | 6,866 | 0,011934 | 1,9620 | 1,8095 | 19620 | 18095 |
| 6 | 6,811 | 0,016793 | 1,9067 | 1,6938 | 19067 | 16938 |
| 7 | 6,029 | 0,022118 | 1,8627 | 1,6145 | 18627 | 16145 |
| № опыта | Re |  |  |  ,% | ||
| 1 | 349,43 | 0,205 | 0,183 | 11,78 | ||
| 2 | 998,37 | 0,069 | 0,064 | 8,28 | ||
| 3 | 1817,04 | 0,039 | 0,035 | 10,99 |
| № опыта | Re |  опытное | теор по формуле 2.12 | η,% | теор по формуле 2.13 | η,% | теор по формуле 2.14 | η,% | теор по формуле 2.15 | η,% |
| 4 | 3424,42 | 0,047 | 0,041 | 12,58 | 0,040 | 17,05 | 0,056 | 16,53 | 0,052 | 10,25 |
| 5 | 4502,67 | 0,044 | 0,039 | 13,36 | 0,037 | 17,09 | 0,056 | 21,51 | 0,052 | 15,60 |
| 6 | 5341,30 | 0,043 | 0,037 | 17,37 | 0,036 | 20,74 | 0,056 | 22,13 | 0,052 | 16,27 |
| 7 | 6130,02 | 0,038 | 0,036 | 7,53 | 0,035 | 10,25 | 0,056 | 31,08 | 0,052 | 25,89 |
Место для выполнения расчетов
Пример расчета для второй строки
157λ=
Выводы по результатам выполненной работы
В работе был исследован коэффициент потерь напора по длине λ, так же были построены напорные линии, из которых видно, что с увеличением числа Рейнольдса происходит увеличение потерь напора по длине.