X-PDF

ЗНАЧЕНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОДЫ В ТРУБАХ

Поделиться статьей

Цель работы – иллюстрация движения жидкости в трубопроводе и определение числа Рейнольдса при ламинарном и турбулентном режимах движения.

1. Основы теории и расчетные формулы

Характер движения скоростей и газов зависит от соотношения сил инерции, действующих в потоке, и сил внутреннего трения.

Это соотношение определяется численной величиной некоторого безразмерного комплекса, получившего название числа или критерия Рейнольдса (Re).

,

здесь u – скорость движения . d – диаметр трубы . n – коэффициент кинематической вязкости.

Для труб некруглого сечения

Re = ,

где R – гидравлический радиус сечения. ­­

Смена режимов движения происходит резко, скачкообразно при критическом значении числа Рейнольдса. Однако критическое число зависит от условий опытов, в связи с чем различают два значения этого числа: нижнее (Reкр.н) и верхнее (Reкр.в). При числах Re &lt . Reкр.н движение будет только ламинарным, при числах Re &gt . Reкр.в – турбулентным.

При Reкр.н &lt . Re &lt . Reкр.в движение может быть или ламинарным, или турбулентным. Однако ламинарный режим в этой зоне крайне неустойчив. Малейшие возмущения способны вызвать его переход в турбулентный режим.

Для большинства технических установок и устройств, работающих в обычных производственных условиях, критические значения числа Рейнольдса:

Reкр.н = 2 300 .

Reкр.в = 4 000.

При значении числа Re менее 2300 движение в трубах носит слоистый или ламинарный характер, характеризующийся тем, что отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу, не пересекаясь.

При значении числа Re ≈ 4 000 движение в трубах имеет турбулентный или вихревой характер. Этот вид движения характери­зуется беспорядочным, хаотическим движением частиц жидкости по извилистым, непрерывно пересекающимся траекториям.

При ламинарном движении процесс взаимного перемешивания струек происходит очень медленно, только в силу молекулярной диффузии. Турбулентное движение, наоборот, характеризуется очень энергичным и быстрым перемешиванием отдельных струек потока между собой,

Значение числа РейнольдсаRe = 2 300 называется критическим, а соответствующая ему скорость – критической скоростью. Очевидно, для каждого диаметра трубы, для каждой жидкости существует своя критическая скорость.

Из структуры числа Рейнольдса видно, что турбулентное движение свойственно потокам больших размеров, движущимся с большими скоростями, т.е. обладающими значительными инерционными силами. Наоборот, ламинарное движение наблюдается в небольших потоках, текущих с малыми скоростями, в которых силы внутреннего трения превалируют над силами инерции. Практически с ламинарным движением приходится иметь дело при движении вязких жидкостей – масел, нефти, преиму­щественно в тонких слоях.

Ламинарное и турбулентное движение можно наблюдать при движении воды в стеклянной трубе посредством введения в поток тонкой струйки краски. При малых скоростях воды окрашенная струйка движется по трубе, почти не размываясь. При постепенном увеличении скорости наступает момент, когда характер движения струйки меняется, краска начинает быстро смешиваться со всей массой движущейся воды, а окрашенная струйка, как таковая, перестает существовать (рис.7).

а) б)

Рис. 7. Два вида движения жидкости в трубе: а) ламинарное, б) турбулентное

Этот момент соответствует переходу от ламинарного движения к турбулентному, т.е. критическому значению числа Рейнольдса.

Измерив при помощи мерного сосуда и секундомера расход протекающей воды, можно определить значение критической скорости по формуле

U [м/с],

где – расход воды . w – площадь поперечного сечения трубы в м2 . V – объем мерного сосуда в м3 . t – время его наполнения в сек.

Зная, что критическое значение числа Рейнольдса = 2 300, критическую скорость можно определить и теоретическим путем:

[м/с]

Значения коэффициента кинематической вязкости n при различной температуре воды приведены в табл. 1.

Таблица 1

t0C              
n см2 /сек. 0.0178 0,0152 0,0131 0,0124 0,0114 0,0101 0,0081

Или в международной системе единиц (СИ)

Таблица 2

Темпе– ратура воды t0 C                  
Коэфф. кинемат. вязкости n × 10 –6 м2 1,78 1,53 1,31 1,24 1,18 1,15 1,118 1,06 1,01

При тщательном выполнении опыта полученное значение крити­ческой скорости должно совпадать с вычисленным теоретически.

2. Описание установки

Установка состоит из напорного бака (6) емкостью 75 л, внутри которого имеются две перегородки (2) и (7). К напорному баку присоединена прозрачная стеклянная трубка (9). В конце трубки установлен игольчатый затвор (10), позволяющий регулировать скорость движения жидкости. Бак питается водой из водопровода по трубе (1), снабженной краном. Над напорным баком установлен сосуд (4) с подкрашенной жидкостью, из которого по тонкой стеклянной трубке (8) подкрашенная жидкость вводится в основной поток. Подача краски регулируется при помощи стеклянного крана (5), расположенного под бачком для краски. Температура воды измеряется при помощи ртутного термометра (3). По измеренной тем­пературе находят кинематический коэффициент вязкости по табл. 1.

 
 

Представленная информация была полезной?
ДА
58.69%
НЕТ
41.31%
Проголосовало: 990

Рис. 8. Схема установки

Для определения объемным способом расхода жидкости, проходя­щей через стеклянную трубку, служит секундомер и напорный бак (1). В зависимости от высоты столба жидкости определяют по графику объем.

3. Порядок выполнения работы

Перед началом работы водяной бак (6) и стеклянную трубку (9) заполняют водой из водопровода. При этом для удаления воздуха из стеклянной трубки приоткрывают игольчатый затвор (10).

В начале опыта, открыв игольчатый затвор (10), воду через стеклянную трубку пропускают с небольшой скоростью и посредством подачи краски наблюдают картину ламинарного движения.

Постепенно увеличивая скорость движения воды путем приоткрывания игольчатого затвора, визуально устанавливают момент пере­хода ламинарного движения в турбулентное.

По измеренному объему и времени, отсчитанному секундомером, определяют расход воды при ламинарном режиме и переходном из лами­нарного в турбулентное, записывают замеренную ртутным термометром температуру воды.

По данным измерений определяют:

а) среднюю скорость потока

[м/с] .

б) кинематический коэффициент вязкости .

в) число Рейнольдса

.

Далее, сильно открывая игольчатый затвор (10), наблюдают развитое турбулентное движение, записывают опытные данные. После этого опыт проводится в обратном направлении. Постепенно закрывая вентиль (10), устанавливают момент перехода турбулентного движе­ния в ламинарное и снова измеряют расход воды при переходном режиме.

Пользуясь приведенными формулами, определяют значение крити­ческой скорости воды в том и другом случае. Сравнивают полученные из опыта значения критической скорости с вычисленной теоретически.

Отчет о проведенной работе составляют по следующей форме.

4. Форма отчета

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2

РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОДЫ В ТРУБАХ

Фамилия студента группа

Дата проведения работы

1. Схема установки

2. Исходные данные:

диаметр стеклянной трубыd _____ мм .

емкость мерного бакаV _____ м3.

3. Журнал наблюдений

№ п/п Наименование замера Усл. обозн. Единицы измерения Опыт №1 Опыт №2 Опыт №3
  Измеренный объем воды V м3      
  Время слива воды t с      
  Температура воды t 0 C      

4. Обработка результатов опыта

Номер опыта Расход воды Q м3/сек. Сечение трубы w м2 Критическая скорость воды (из опыта) Uопыткр м/с Коэф. кинематич. вязкости воды V м2 /сек. (см2/сек.) Критическая скорость воды Uтеоркр м/с Расхождение между Uтеоркр – Uопыткр × 100 Uтеоркр Число Рейнольдса Re Режим движения
                 
                     

Вопросы для самоконтроля

1.Чем отличается структура потока при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости в трубах?

2. Что называется критической скоростью?

3. Каковы критические числа Рейнольдса и их значения?

4. Понятие о кинематическом и динамическом коэффициентах вязкостии их размерности.

5. Влияние температуры и рода жидкости на ее режим движения.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Цель работы – иллюстрация на опыте уравнения Бернулли, которое выражает закон сохранения энергии для жидкости вдоль потока.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
58.69%
НЕТ
41.31%
Проголосовало: 990

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ОБРАЗЦЫ ВОПРОСОВ ДЛЯ ТУРНИРА ЧГК

Поделиться статьей

Поделиться статьей(Выдержка из Чемпионата Днепропетровской области по «Что? Где? Когда?» среди юношей (09.11.2008) Редакторы: Оксана Балазанова, Александр Чижов) [Указания ведущим:


Поделиться статьей

ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ

Поделиться статьей

Поделиться статьейЛитейные дефекты — понятие относительное. Строго говоря, де­фект отливки следует рассматривать лишь как отступление от заданных требований. Например, одни


Поделиться статьей

Введение. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси

Поделиться статьей

Поделиться статьей1. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси. Специфика периода феодальной раздробленности –


Поделиться статьей

Нравственные проблемы современной биологии

Поделиться статьей

Поделиться статьейЭтические проблемы современной науки являются чрезвычайно актуальными и значимыми. В связи с экспоненциальным ростом той силы, которая попадает в


Поделиться статьей

Семейство Первоцветные — Primulaceae

Поделиться статьей

Поделиться статьейВключает 30 родов, около 1000 видов. Распространение: горные и умеренные области Северного полушария . многие виды произрастают в горах


Поделиться статьей

Вопрос 1. Понятие цены, функции и виды. Порядок ценообразования

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦенообразование является важнейшим рычагом экономического управления. Цена как экономическая категория отражает общественно необходимые затраты на производство и реализацию туристского


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет