Исследование смены режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса

Исследование смены режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса

Лабораторная работа №1

Тема: «Исследование смены режимов течения. Определение критических чисел Рейнольдса»

Цель работы

Демонстрация режимов течения жидкости и экспериментальное определение критических чисел Рейнольдса для труб круглого сечения.

Основные сведения

Режим течения определяется соотношением возмущающей течение силы инерции и стабилизирующей течение силы вязкости. Отношение этих сил выражается безразмерным числом Рейнольдса:

,

где    u - средняя скорость течения жидкости по сечению трубы;

L - характерный линейный размер поперечного сечения, заполненного жидкостью (так называемого «живого сечения») для труб круглого сечения L=d;

n - кинематическая вязкость.

Средняя скорость находится по формуле

,

где    Q - расход потока, т.е. объем жидкости, протекающий за единицу времени через данное сечение потока, площадь которого равна S. Возможны два принципиально отличающихся режима течения жидкости, получивших название ламинарного (слоистого) и турбулентного (бурного, возмущенного) режимов. При достаточно малых скоростях основного потока, когда число Рейнольдса меньше определенного критического (Re < Re_кр), инерционная сила незначительна по сравнению с силой вязкости, которая упорядочивает движение жидкости, создавая ламинарное движение. При этом окрашенная струйка, введенная в поток, вытягивается вдоль течения в виде тонко очерченной линии. При Re » Re_кр форма окрашенной струйки резко меняется - она приобретает вид более или менее отчетливых завитков. Такая картина отвечает начальной стадии развития турбулентности, а момент ее появления - началу перехода от ламинарного режима к турбулентному (переходный режим). При Re > Re_кр силы инерции преобладают над силами вязкости, и наступает вполне развитая турбулентность. Критическое число Рейнольдса, как правило, заключено в некоторых пределах: Re_кр.н. ≤ Re_кр ≤ Re_кр.в, где Re_кр.в. - максимальное критическое число Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный; Re_кр.н - нижнее критическое число Рейнольдса, т.е. минимально возможное число, соответствующее переходу турбулентного режима в ламинарный.

Установление режима движения имеет большое практическое значение, так как он определяет важнейшие характеристики потока, как распределение скоростей, гидравлическое сопротивление, теплоотдачу и др.

Описание установки

Установка Рейнольдса (рис. 1) состоит из напорного бака 1, прозрачной трубы 2 круглого сечения с плавным входом, промежуточного бака 3 с регулирующим краном 4, расходомерного устройства 5, а также системы подачи и слива рабочей жидкости (воды) и системы подачи краски. Промежуточный бак 3 предназначен для устранения влияния крана 4 на распределение скоростей в трубе 2. Расходомерное устройство 5 представляет собой емкость, в днище которой находятся калибровочные отверстия с насадками. При том или ином расходе, поступающем в емкость из крана 4, жидкость в расходомером устройстве 5 устанавливается на определенном уровне, который отсчитывается по шкале. По полученному уровню Н с помощью экспериментальных (тарировочных) зависимостей вычисляют расход Q. Такие устройства для измерения расхода называются данаидами.

Обработка данных:

течение жидкость рейнолдс труба

Таблица 1

Температура t, С

Кинематическая вязкость , см²/с

Уровень в мерном бачке Н, мм

Расход Q, см³/с

Средняя скорость  см/сЧисло Рейнольдса Режим по визуальным наблюдениям

1

2

3

4

5

6

7

8

1

20

0,01007

25

13,489

4,766

899

2

20

0,01007

205

36,307

12,829

2435

Л>Т

3

20

0,01007

260

39,810

14,067

2654

Т

4

20

0,01007

170

11,700

2207

Т>Л

Внутренний диаметр d = 1,9 см.

. Кинематическая вязкость в зависимости от температуры находится по эмпирической формуле Пуазеля:

 .

2. По известному уровню Н (мм) с помощью эмпирической зависимости (для малого калибровочного отверстия

. Средняя скорость движения воды в трубе находится по формуле:

,

где S - площадь поперечного сечения трубы .

. Число Рейнольдса для трубы находится по формуле: .

. Среднее число Рейнольдса находится как