Устройство имеет прозрачный корпус (рис.3,а), баки 1 и 2с успокоительной стенкой 3 для гашения возмущений в жидкости от падения струй и всплывания пузырей воздуха. Баки между собой соединены каналами 4 и 5 с одинаковыми сечениями. Конец какала 4 снабжен перегородкой с щелью 6, а противоположный конец канала 5 - решеткой (перегородкой со множеством отверстий) 7. Устройство заполнено водой, содержащей микроскопические частицы алюминия для визуализации течения. Уровень воды в баке 2 измеряется по шкале 8.
Устройство работает следующим образом. В положениях устройства (рис.3а,б) поступающая через левый канал в нижний бак вода вытесняет воздух в виде пузырей в верхний бак. Поэтому давления на входе в канал (на дне верхнего бака) и над жидкостью в нижнем баке уравниваются и истечение происходит под действием постоянного напора Н, создаваемого столбом жидкости в левом канале. Так обеспечивается установившееся (с постоянным во времени расходом) движение жидкости. Причем в канале 4 устанавливается ламинарный режим благодаря низким скоростям течения из-за большого сопротивления щели 6. В свою очередь малое гидравлическое сопротивление решетки 7 обеспечивает получение турбулентного течения в канале 5 за счет больших скоростей (рис.3,б). Расход можно уменьшать наклоном устройства от себя.
В случаях, указанных на рис.3, в, г, д в каналах 4 и 5 возникает неустановившееся (при переменном напоре и расходе) движение жидкости за счет непосредственного соединения воздушных полостей баков. Это позволяет проследить за изменением структуры потоков в процессе уменьшения их скорости до нуля.
Рис.3. Схема устройства:
Баки; 3 - перегородка; 4,5 - опытные каналы; 6 - щель; 7 - решетка; 8 - уровнемерная шкала.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
1. Создать в канале 4 ламинарный режим движенияжидкости. Для этого при заполненном водой баке 1 поставить устройство баком 2 на стол (рис. 3, а). Наблюдать структуру потока.
2. Повернуть устройство в вертикальной плоскости но часовой стрелке на 180° (рис.3, б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5.
3. При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 5 (с решеткой) занял нижнее горизонтальное положение (рис.3, в). Наблюдать в канале процесс перехода от турбулентного режима движения к ламинарному. Обратить внимание, что решетка приводит к турбулизации потока за ней.
4. При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 4 (с щелью) занял нижнее горизонтальное положение (рис.3, г). Наблюдать за структурой потока в баке 2 при внезапном сужении, внезапном расширении в канале за щелью и при выходе потока из канала в бак 1. Обратить внимание на циркуляционные (вальцовые) зоны, транзитную струю и связь скоростей с площадями сечений каналов.
5. При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании перегородки 3 (рис.3, д).
6. Сделать зарисовку структуры потоков для случаев, указанных в табл.2.
Таблица 2
| Ламинарный режим | Турбулентный режим | Расширение потока | Обтекание стенки |
| 
| 
| 
|
7. Создать в канале 4 течение жидкости (рис.3, а) при произвольном наклоне устройства от себя.
8. Измерить время t перемещения уровня воды в баке на некоторое расстояние S и снять показания термометра Т, находящегося в устройстве 1.
9. Подсчитать число Рейнольдса по порядку, указанному в таблице 3.
10. Повернуть устройство в его плоскости на 180о (рис.3, б) и выполнить операции по п.п. 8, 9.
11. Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой и затем на основе сравнения с критическим значением сделать вывод о режиме течения.
Таблица 3
| № п/п | Наименование величин | Обозначения, формулы | № опыта | |
| 1. | Изменение уровня воды в баке, см | S | ||
| 2. | Время наблюдения за уровнем, с | t | ||
| 3. | Температура воды, оС | T | ||
| 4. | Кинематический коэффициент вязкости воды, см2/с | ν=17.9/(1000+34T+0.22T2) | ||
| 5. | Объем воды, поступившей в бак за время t, см3 | W = A B S | ||
| 6. | Расход воды, см3/с | Q = W / t | ||
| 7. | Средняя скорость течения в канале, см/с | V = Q / ω | ||
| 8. | Число Рейнольдса | Re = Vd / ν | ||
| 9. | Название режима течения | Re (< >) Rek = 2300 |
А =…см; В =…см; d =…см; ω =…см2.
Примечание. Размеры поперечного сечения бака (А, В), гидравлический диаметр d и площадь поперечного сечения ω опытных каналов указаны на корпусе устройства.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Записать цель лабораторной работы.
2. Начертить схему опытного устройства. Дать расшифровку обозначений.
3. Записать расчетные формулы.
4. Привести заполненные таблицы результатов наблюдений и расчетов.
5. Сделать выводы о проделанной работе.
ВОПРОСЫДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Кратко охарактеризуйте ламинарное и турбулентное течение жидкости.
2. Что такое число Рейнольдса? Можно ли его замерить непосредственно? Зачем оно введено в гидравлику?
3. Какова физическая сущность числа Рейнольдса?
4. Что такое критическое число Рейнольдса? Для чего оно нужно?
5. Какое значение критического числа Рейнольдса принято в инженерной практике?
6. Зачем нужно знать характер движения жидкости?
7. Чем вызван переход из ламинарного движения в турбулентное?
8. Будет ли меняться критическое число Рейнольдса при изменении диаметра трубопровода? Его длины? Вязкости жидкости? Уровня возмущений? Обоснуйте ответ.
9. Как рассчитывается число Рейнольдса для потоке с произвольным поперечным сечением? Выразите число Рейнольдса через геометрические размеры поперечного сечения для канала: квадратного, прямоугольного, трапецеидального, состоящего из двух концентрических труб разного диаметра.
10. Что такое гидравлический радиус?