Обработка опытных данных

Котова Т.И., Хантургаев А.Г.

Лабораторный практикум по гидравлике и механике жидкости и газа: Учебное пособие/ – Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2015.– 88 c.

ISBN 5-89230-166-4

В учебном пособии приведены основные положения, необходимые для выполнения различных гидравлических инженерных расчетов. Особое внимание уделено гидравлике трубопроводов при движении жидкости. Изложено описание теоретических основ лабораторных работ, порядок их выполнения, расчетов и оформления. Приведены материалы, необходимые для оценки точности экспериментов.

В пособии учтены особенности заочной формы обучения. Лабораторный курс охватывает основные вопросы, необходимые для изучения курсов «Гидравлика», «Гидравлика и гидравлические машины», «Гидравлика и аэродинамика» для технологических, механических, строительных специальностей вузов.

ISBN 5-89230-166-4 © Полякова Л.Е.

с соавт., 2008г.

Введение

При выполнении лабораторных работ по курсу "Гидравлика и гидравлические машины" студенты знакомятся с основными измерительными приборами, применяемыми в гидравлическом эксперименте, методикой измерения гидравлических параметров, получают практические навыки при выполнении гидравлических расчетов и некоторые сведения о методах статистической обработки экспериментальных лунных.

До начала лабораторного занятия студент обязан проработать соответствующий раздел настоящего руководства.

Необходимо найти ответы на контрольные вопросы и заранее заготовить отчет по работе, содержащий:

1. Название работы;

2. Цель работы;

3. Вывод необходимых расчетных соотношений;

4. Схему лабораторной установки;

5. Краткое описание последовательности в выполнения работы;

6. Протокол наблюдения.

В лабораторию студент обязан являться, имея при себе:

а) методические указания по лабораторному практикуму;

б) отчет по лабораторной работе;

в) калькулятор;

г) конспект лекций.

В начале занятий преподаватель проверяет подготовку студентов к лабораторной работе. Студенты, не успевшие усвоить материал лабораторной работы, к занятию не допускаются и выполняют работы в дополнительное время.

Студенты выполняют лабораторные работы под

руководством преподавателя, измерочные величины записывают в журнал наблюдений и производят необходимые расчеты.

Предварительно подготовленный протокол работы позволяет студенту на этом же занятии полностью оформить отчет (заполнить журнал наблюдений и записать подробный расчет определяемых величин). Работа считается сданной после того, как она подписана преподавателем.

В схему обработки результатов некоторых лабораторных введены элементы статистического анализа и формализация экспериментальных данных.

ЕДИНИЦЫИМЕРЕНИЯ

Вычисления начинают только тогда, когда все величины переведены в одну систему единиц СИ (ГОСТ 9867-61) является универсальной системой и призвана заменить все существующие системы. Кроме основных единиц система СИ допускает образование кратных и дольных единиц путем умножения на 10^II

Деци (дц)	-10^-1	Кило (к)	-10³
Санти (с)	-10^-2	Гекто (га)	-10⁴
Милли (мк)	-10^-3	Мега (м)	-10⁶
Микро (мк)	-10^-6	Гига (г)	-10⁹
Нано (н)	-10^-9	Тера (т)	-10^-12
Пико (п)	-10^-12

Единицы измерения величин и их обозначение

Обозначе ние	Название величины	Единица измерения	Размер ность	Зависи-мость

Основные единицы
l	Длина	Метр	М	-
m	Масса	Килограмм	Кг	-
t	Время	Секунда	С	-
T	Температура	Градус Цельсия	⁰С	-
		Градус Кельвина	⁰К	-
Производные единицы
W	Площадь	-	м²	w=l²
V	Объем	-	м³	v=l³
U	Скорость	-	м/u	u=l/t
a	Ускорение	-	м/с²	a=l/t²
r	плотность	-	кг/м³	r=m/v
F	cила	Ньютон	кгм/с²	F=m a
γ	удельный вес	-	н/м³	γ=F/ ν
p	давление	Паскаль, Па	н/м²	p=F/ω
τ	напряжение	-	н/м²	τ=F/ω
μ	динамический коэффициент вязкости	-	кг/мс
ν	кинематический коэффициент вязкости	-	м²/с	ν= μ/ p
Q	расход	-	м³/с	Q= ν/t
h	глубина, высота	-	м
N	мощность	Ватт, Вт	дж/с
5h_u	потери гидродинамического напора	-	м
H	гидродинамический напор	-	м
ω	угловая скорость	Радиан	рад/с
μ	коэффициент расхода	-	-

Соотношения между наиболее употребляемыми единицами системы СИ и единицами других систем.

Величина	Система СИ	Техническая система	Физическая система
Сила	Н	I кгс=9,81 н	Н=10⁵ дин
Давление	па	Iатм=Iкгс/см²=9,81х10⁴Па	-
Динамический коэффициент вязкости	кг/мс	-	Iпуаз=10^-Iкг/мс
Кинематический коэффициент вязкости	м²/с	-	1стокс=10^-4/с

I мм ртутного столба = 133,3 н/м²

I мм водного столба = 9,81 н/м²

6
Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Цель работы: Определение вязкости жидкости вискозиметром Энглера.

Основные положения

Вязкостью называется способность жидкости сопротивляться напряжением сдвига (касательным напряжениям). Вязкость жидкости обуславливает наличие сил внутреннего трения, возникших при движении реальной жидкости.

Закон Ньютона для сил вязкости:

где

T - сила внутреннего трения;

S - площадь соприкосновения трущихся слоев;

- градиент скорости;

m - динамический коэффициент вязкости;

t - касательная напряжения.

В инженерной практике используется кинематический коэффициент вязкости, который равен

Вязкость жидкости может быть выражена и так называемой условной вязкостью в градусах Энглера (⁰Е), путем сравнения времени истечения одинаковых объемов исследуемой и стандартной жидкостей из специальных приборов.

Для капельных жидкостей характерно уменьшение вязкости с повышением температуры. Для газов, в т.ч. и для

воздуха, повышение температуры приводит к увеличению вязкости. С увеличением давления вязкость жидкости возрастает.

Опытное определение вязкости жидкости производится с помощью приборов, называемых вискозиметрами.

Рис.1. Схема экспериментальной установки:

1- Стержень; 2 -термометр; 3 - крышка; 4 - внутренний цилиндр; 5 - внешний цилиндр; 6 - нагреватель; 7 - сборник; 8 - исследуемая жидкость; 9 - подогревающая вода; 10 - калиброванное отверстие.

Вискозиметр Энглера состоит из двух концентрически расположенных цилиндров 4 и 5 с отверстием 10, перекрываемым стержнем 1. Полость между внутренним 4 и внешним 5 цилиндрами заполняется водой 9, которую подогревают до заданной температуры подогревателем 6. Во внутренний цилиндр, закрываемый крышкой 3, наливают испытываемую жидкость 8. Температуру жидкости контролируют термометром 2. Сливаемую через отверстие в цилиндре жидкость собирают в сборник 7.

Порядок выполнения работы:

1. Во внутренний цилиндр 4 заливают 200 см³ исследуемой жидкости 8.

2. Цилиндр 5 закрывают крышкой 3 и устанавливают термометр 2.

3. В цилиндр 5 наливают воду, которую подогревают при помощи нагревателя 6, до тех пор, пока температура исследуемой жидкости 8 не достигнет заданной.

4. Засекают время вытекания исследуемой жидкости до первых двух капель, секундометр выключают. Когда уровень жидкости достигнет рис???? в сб.7, секундомер выключают. Полученное время t_ж в секундах и есть время вытекания 200 см³ исследуемой жидкости.

5. Для исключения возможных ошибок работу по определению t_ж повторяют 3 раза для каждой температуры и берут среднее значение.

6. Водное число t₅, т.е. время вытекания 200 см³ дистиллированной воды при температуре 20⁰С, определяют в такой же последовательности. Водное число для каждого вискозиметра является постоянным и указывается заводом-изготовителем. В данном случае t₅= .

Обработка экспериментальных данных

1. По результатам измерений рассчитываются средние опытные значения t_ж, которые позволяют определить вязкость жидкости в градусах Энглера по формуле:

⁰Е

2. Переход от вязкости в градусах Энлера к кинематическому коэффициенту вязкости производится по эмпирической формуле Уббелоде:

3. По зависимости m = np рассчитывается динамический коэффициент вязкости.

4. Полученные значения коэффициентов вязкости сопоставляются со справочными.

5. Все данные измерений и вычислений результатов опытов вносятся в журнал работы.

Журнал работы 1

Исследуемая жидкость	Температура жидкости	Плотность жидкости	Время истечения исследуемой жидкости	Вязкость исследуемой жидкости
Условная в градусах Энглера	Кинематический коэффициент	Динамический коэффициент
Размерность	Т, ⁰С	r, кг/м³	t, c	⁰E	n, м²/с
1 среднее

Плотность воды при различных температурах

Темпера-тура ⁰С
Плот- ность, кг/м³		999,7	998,2	995,7	992,2	988,1	983,2	977,8	971,8	956,4

Рассчитать среднеквадратичные отклонения W_t_,_nи доверительный интервал: s_t,_n

Контрольные вопросы

1. Какое физическое тело называется жидкостью, какие жидкости бывают?

2. Понятие плотности. удельного веса. формула пересчета, размерность.

3. Сжимаемость, температурное расширение, модуль упругости.

4. Понятие вязкости. Формула Ньютона для сил вязкости, влияние температуры на вязкость жидкости. Природа сил вязкости.

5. Понятие удельной жидкости. В каких случаях реальная жидкость ведет себя как идеальная?

6. Устройство и принцип действия вискозиметра Энглера. Понятие водного числа и градуса Энглера.

7. Коэффициенты вязкости. Формула пересчета. Размерность вязкости.

Лабораторная работа №2

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ

Цель работы: 1. Ознакомиться с устройством механических и жидкостных приборов для измерения давлений. 2. Измерить давление и вакуум пьезометром, V - образным манометром, манометром абсолютного давления.

Основные положения

Напряжения сжатия в жидкости называют абсолютным давлением, оно всегда положительно, т.е. больше нуля. Отрицательные напряжения, т.е. напряжения растяжения, в жидкости существовать не могут, поскольку жидкость на сопротивляется растяжению.

Абсолютное давление определяется основным уравнением гидростатики:

Р_а_dс = Р₀ + γh,

где Р₀ - давление на поверхности жидкости;

γh - давление обусловленное весом самой жидкости;

h - глубина погружения в жидкость.

Таким образом, абсолютное давление изменяется от нуля до плюс бесконечности, начало отсчета расположено в начале числовой оси. Однако на практике более удобно смещать начало отсчета в точку, соответствующую атмосферному давлению Р_АТМ или 9,81*10⁴ Па. При смещении нуля отсчета на числовой оси появляются положительные значения и отрицательные. Отрицательные значения называют вакуумом, они изменяются от нуля до Р_АТМ или от нуля до 9,81*10⁴ Па. Положительные значения называют избыточным давлением, они изменяются от нуля до плюс бесконечности при условии, что смещенный ноль отсчета находится в точке абсолютной шкалы, соответствующей Р_АТМ, или манометрическим давлением,

если смещенный ноль отсчета находится в точке абсолютной шкалы, соответствующей 9,81*10⁴ Па. В этом смысле можно говорить об абсолютной шкале давления, шкале избыточного и манометрического давления.

Проиллюстрируем сказанное схематически.

+¥ +¥ +¥

Избыточное манометрическое

9,81*10⁴Па давление давление

0 вакуум

Р_атм.

Абсолютная Шкала избыточного Шкала манометрического

шкала давления давления

Приборы, измеряющие только манометрическое давление называются манометрами, вакуум - вакуумметрами, манометрическое давление и вакуум - мановакуумметрами. Приборы, измеряющие по абсолютной шкале атмосферное давление, называются барометрами. Если манометр используется для измерения разности давлений, он называется дифференциальным.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на две группы: жидкостные и механические. В жидкостных приборах жидкость под действием давления либо поднимается, либо опускается на высоту h. Измеряя h, рассчитывают давление по соотношению P = γh.

В механических приборах для измерения давлений, давление преобразуют в линейное перемещение трубчатой пружиной, мембраной или сильфоном.

По классу точности приборы принято делить на рабочие и образцовые: рабочие имеют класс точности 0,35 –

6, образцовые 0,005 - 0,2. Образцовые приборы служат эталоном и используются для высокоточного измерения давлений.

При выполнении лабораторной работы используются пьезометры и U-образные манометры. Пьезометры используются для измерения давления в капельной жидкости, а U-образные - в основном, газообразных жидкостях, причем жидкость в приборе не должна смешиваться со средой, в которой измеряют давление.

Рис.2 Жидкостные приборы для измерения давления:

а) пьезометр; б) U-образный манометр.

Пьезометр представляет собой стеклянную трубку с линейкой. При помощи пьезометра измеряется разность давлений P_a_d_c в точке присоединения пьезометра и атмосферного давления:

P_a_d_c - P_АТМ = jh.

U-образный манометр стеклянная трубка, изогнутая в виде латинской буквы U, один конец ее открыт в атмосферу, второй присоединяется к точке измерения

давления, P₀ - P_ATM = jh. Пьезометр и U-образный манометр - приборы для измерения избыточного давления в точке их присоединения.

Порядок выполнения работы

1. Резервуар 1 заполняют водой. К резервуару в различных точках по вертикали подсоединены пьезометры 4.

2. В соответствии с правилом сообщающихся сосудов поверхности жидкости в резервуаре 1 и пьезометрах 4 располагают в одной горизонтальной плоскости.

3. Измеряют атмосферное давление.

4. При помощи насоса 6 с ручным приводом создают давление в резервуаре 1.

5. Зафиксировать подъем жидкости в пьезометрах 4 на высоту h от первоначального уровня на щите с измерительной линейной сеткой 3.

6. Зафиксировать показания U-образного манометра.

7. Соединительные трубки 2 подсоединяют к насосу в положение p и создают вакуум, показания снимают в той же последовательности.

Журнал работы 2

Показатели барометра	Показания пьезометра	Показания U-об-го манометра	Абсолютное давление
мм	рт. столба	Н/м²	мм	водн. столба	Н/м²	мм	водн. столба	Н/м²	Н/м²

Рис. 3. Схема установки для измерения давлений:

1- резервуар; 2- соединительные трубки; 4 –миллиметровый щит; 4- пъезометры; 5 – U-образный манометр; 6-насос.

Обработка опытных данных

1. Определяем атмосферное давление по показанию барометра в мм.рт.ст. и переводим в н/м²: 1 мм.рт.ст. = 133,3 н/м²

P_d = h_S*g_PT, где g_PT - удельный вес ртути.

2. Определяем избыточное давление в точке подсоединения U-образного манометра в мм водного столба и переводим в н/м²: 1 мм.вод.ст. = 9,81 н/м²:

P_М = hg_В, где g_В - удельный вес воды.

3. Определяем избыточное давление в точке подсоединения пьезометра в мм.вод.ст. и переводим в н/м²:

P_П = hg_В.

4. Определяем абсолютное давление в точке подсоединения пьезометра:

P_абс=P_б+P_п.

Плотность воды и ртути при различных температурах

Температура, ⁰С
Плотность воды, кг/м³		999,7	998,2	995,7	992,2
Плотность ртути, кг/м³	--	13570,8	13546,2	13521,7	13497,3

Контрольные вопросы

1. Понятие гидростатического давления в точке и среднего гидростатического давления.

2. Физический смысл гидростатического давления.

3. Свойства гидростатического давления.

4. Основное уравнение гидростатики, его составляющие.

5. Понятие плоскости сравнения.

6.Понятие высоты положения, пьезометрической высоты, гидростатического напора.

7.Геометрический и физический смысл основного уравнения гидростатики.

8.Закон Паскаля и его демонстрация на установке.

9.Принцип работы гидравлического пресса, расчет силы прессования.

10. Понятие абсолютного избыточного, манометрического и вакуумметрического давлений, их предельное значения, графическая интерпретация этих понятий на числовой оси.

11. Жидкостные приборы для измерения давлений.

12. Механические приборы для измерения давлений, их классификация.

13. Класс точности манометров. Определение класса точности манометра.

14. Соотношение между высотой столба жидкости и давлением, которое он создает.

15. Соотношение между единицами давления в технической системе единиц и системе СИ.

16. Устройство лабораторной установки.

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫСВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ ПРИ РАВНОМЕРНОМ ВРАЩЕНИИ СОСУДА

Цель работы: Определить форму свободной поверхности, сопоставить результаты измерений с теорией.

Основные положения

Свободная поверхность – это поверхность равного давления, которая разделяет две среды: жидкость и газ.

Уравнение свободной поверхности при равномерном вращении сосуда:

где Z - вертикальная координата; w - угловая скорость; r - радиус сосуда.

Угловая скорость определяется по числу оборотов p сосуда, совершенных за определенное время t.

w = .

Рис.4. Схема установки для определения свободной поверхности: 1 - стол; 2 - электродвигатель; 3 - редуктор; 4 - ременная передача; 5 - цилиндр; 6 - линейка; 7 - мерный координатник; 8 - стойки.

На столе 1 закреплены три цилиндра 5, которые приводятся во вращение от электродвигателя 2 через редуктор 3 и ременную передачу 4.

На стойках 8 на столе закреплены горизонтальные линейки 6 с ползунками, в которых по вертикали перемещаются мерные координатники 7. Линейка и мерный координатник образуют опытную систему отсчета.

расчетная опытные

кривая значения

t 4 3 2 1 0 1 2 3 4 t

Рис. 5. Форма свободной поверхности

Порядок выполнения работы

1. Залить цилиндрические сосуды водой.

2. Включить электродвигатель.

3. Определить число оборотов и время их вращения.

4. Перемещая координатник по вертикали до соприкосновения с жидкостью и вдоль диаметра цилиндра найти центр цилиндра.

5. Отметить нулевое положение на координатнике 7 при перенесении с центром цилиндра на координате r.

6. Перемещая координатник 7 по диаметру

цилиндра и фиксируя его на целых значениях r, определить величину Z, вводя координатник при этом до соприкосновения с жидкостью.

7. По экспериментальным данным построить кривую свободной поверхности.

Журнал работы №3

№/№ п/п	Число оборотов	Время вращения	Угловая скорость	Радиус	Вертикальная координата
расчетная	экспериментальная
	n,об/с	t, с	w, рад/с	r, м	Z_р, м	Z_Э, м

Обработка опытных данных

1. По n и t определить угловую скорость

w = .

2. Принять ряд целых значений r от 0 до r₀ (r₀ - радиус сосуда).

3. По принятым значениям r рассчитать соответствующие им значения

4. Построить теоретическую кривую свободной поверхности жидкости.

5. На теоретическую кривую нанести экспериментальные точки.

6. Построить доверительный интервал.

Контрольные вопросы

1. Что такое относительный покой?

2. Понятие поверхности уровня, свободной поверхности, их свойства.

3. Силы, действующие в жидкости.

4. Основное дифференциальное уравнение гидростатики.

5. Уравнение свободной поверхности при равномерном движении сосуда, равномерно ускоренном, при равномерном вращении.

6. Переход от экспериментальной к расчетной системе координат.

7. Ход выполнения лабораторной работы.

8. Измерение величин, характеризующих форму свободной поверхности.

21
Лабораторная работа №4

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Цель работы: 1. Измерить расход жидкости объемным способом. 2. Определить коэффициент расхода водослива.

Основные положения

Объемный расход жидкости – объем жидкости V, который проходит через живое сечение потока в единицу времени t. Живое сечение – это сечение потока. Во всех точках, которого вектор скорости направлен по нормали. Из определения следует, что Q равен

Q = .

Рис. 6. Схема мерных баков:

а – прозрачного; б – непрозрачного; 1 – сливной кран; 2 – бак; 3 – мерная линейка; 4 – пьезометр.

Линейку градуируют в единицах высоты или единицах объема. Если линейка градуирована в единицах высоты. То объем V определится произведением V = Sh, где S – площадь основания бака, равная S = l₁*l₂, l₁ – длина основания бака, l₂ – ширина бака; h –высота жидкости в баке.

Треугольный и прямоугольный водосливы используют для измерения расхода жидкости мощных потоков.

Расход жидкости через водослив определяется формулой:

Q = , где

m - коэффициент расхода, w - площадь живого сечения потока, h - подъем жидкости в треугольном или прямоугольном отверстии водослива. Площадь живого сечения потока прямоугольного водослива w_В = hl, треугольного - w = h²tg25⁰.

Коэффициент расхода m зависит от числа Рейнольда:

Re = ,

где U - средняя скорость, определяемая по расходу , d и d_ЭКВ - поперечный размер потока, d_ЭКВ = .

Эта зависимость представляется в виде графика.

0,8

0,6

0,4

0,2

1000 2000 3000 4000 5000 Re

Рис.7. Зависимость коэффициента расхода m водослива от числа Рейнольдса Re.

Рис.8. Схема водосливов: а - треугольного; б - прямоугольного.

Порядок выполнения работы

1. Направить поток жидкости в мерный бак и засечь время наполнения.

2. Измерить высоту наполнения бака, ширину, длину или радиус основания.

3. Определить расход жидкости и его доверительный интервал.

4. Направить тот же поток жидкости в бак с водосливом, измерить высоту подъема жидкости в отверстии водослива.

5. Рассчитать площадь живого сечения потока, вытекающего через водослив, и по определенному ранее расходу жидкости определить коэффициент расхода и его доверительный интервал.

6. Исследовать зависимость коэффициента расхода водослива от числа Рейнольдса. Для этого опыты проводить, изменяя расход жидкости от нуля до максимума, общим количеством 3-8 раз.

7. Для каждого опыта рассчитать Q, w, U, d_ЭКВ, m, Re, построить график m = f (Re) и нанести доверительный интервал.

Журнал работы №4

Ширина мерного бака	Длина мерного бака	Высота наполнения мерного бака	Время наполнения мерного бака	Высота подъема жидкости в отверстии водослива	Температура воды
l₁, м	l₂, м	h,м	t,c	h_В,с	t, ⁰C

Обработка опытных данных

1. Определяем площадь основания мерного бака:

w = l₁*l₂.

2. Вычисляем объем жидкости в мерном баке:

V = w*h

3. Находим расход жидкости:

4. Определяем площадь живого сечения потока жидкости в отверстии водослива:

w_В =h²_вtg2,5⁰.

5. Вычисляем коэффициент расхода:

m= .

6. Находим кинематический коэффициент вязкости:

n= .

7. Рассчитываем среднюю скорость потока:

U= .

8.Находим эквивалентный размер потока:

d_ЭКВ=

9.Определяем число Рейнольда:

Re= .

Контрольные вопросы

1. Два метода исследования движения жидкости.

2. Траектория и линия тока.

3. Свойства линий тока.

4. Трубка тока, элементарная струйка, поток жидкости, живое сечение, профиль скорости.

5. Свойства элементарной струйки.

6. Понятие расхода жидкости. Средняя скорость по расходу. Гидравлический радиус. Соотношение между геометрическим и гидравлическим радиусами.

7. Классификация движения жидкости: установившееся и неустановившееся движение жидкости, равномерное и неравномерное, напорное и безнапорное, струйчатое.

8. Принцип работы наиболее распространенных расходомеров.

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы: Провести наблюдение за качественным изменением режимов движения жидкости. Определить область чисел Рейнольдса для каждого из режимов движения жидкости: ламинарного, переходного и турбулентного.

Основные положения

Существует два принципиально различных режимов движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме жидкость движется струйками, которые не смешиваются, т.е. между ними отсутствует обмен массой. При турбулентном режиме частицы жидкости движутся хаотично, неупорядочено, т.е. масса жидкости переносится не только вдоль потока, как при ламинарном режиме, но и поперек его. Визуально ламинарный режим, можно наблюдать, если через капилляр ввести в поток подкрашенную жидкость. краска будет перемешиваться вдоль поток в пределах струйки и не проникнет в окружающую ее бесцветную жидкость.

В турбулентно движущейся жидкости краска быстро размывается и равномерно окрашивает весь поток.

Между явно выраженными ламинарным и турбулентным режимами находится переходный, при котором подкрашенная жидкость в виде струйки слегка изгибается, затем колеблется и, наконец, распадается на отдельные сгустки. В целом жидкость движется уже турбулентно, а в пределах сгустков - ламинарно.

Рис.9. Режимы движения жидкости: а ламинарный, б - переходный, в - турбулентный.

Количественно переход от одного режима к другому характеризуют числом Рейнольда:

Re = ,

где U - средняя скорость потока жидкости;

d - характерный размер потока;

n - коэффициент кинематической вязкости.

Для круглого живого сечения d - диаметр круга, для сечения произвольной формы d_ЭКВ= ; w - площадь живого сечения.

В промышленных гидросистемах ламинарный режим наблюдают при Re<600, турбулентный при Re >2300 имеем переходный режим. Следует иметь ввиду, что приводимые интервалы Re условны и могут варьировать в широких пределах. Так, в специально изготовленных гладких трубах, в отсутствие внутренних и внешних возмущений, удается получать ламинарный режим при значениях Re < 20000.

Рис.10. Схема лабораторной установки для исследования режимов движения жидкости: 1 - вентиль подачи воды; 2 - баллон с подкрашенной жидкостью; 3 - бак; 4 - капилляр; 5 - стеклянная трубка; 6 - вентиль регулирующий; 7 - мерный бак; 8 - запорный вентиль; 9 - перегородка; 10 - отсек-успокоитель жидкости.

Вода подается в отсек -успокоитель жидкости 10, из которого она переливается через перегородку 9 в бак. Излишки жидкости из отсека-успокоителя сбрасываются в канализацию - этим достигается постоянство наполнения бака по высоте во время проведения опытов. Из бака 3 вода по стеклянной трубке 5 стекает в мерный бак 7 или сбрасывается в канализацию. В стеклянную трубку с плавным входом через капилляр 4 подается из баллона 2 подкрашенная жидкость. Скорость движения жидкости в стеклянной трубке регулируется вентилем 6, расход жидкости определяется объемным способом или при помощи треугольного водослива.

Порядок выполнения работы

1. Открыть кран 1 подачи воды, заполнить бак до постоянного уровня.

2. В баллон 2 залить воду, подкрашенную чернилами.

3. Вентилем 6 отрегулировать ламинарный режим движения жидкости, т.е. добиться, чтобы струйка была прямолинейной.

4. Открывая вентиль 6 увеличить скорость движения жидкости до появления первых признаков разрушения струйки, т.е. наступления переходного режима.

5. Дальнейшим увеличением скорости довести сгустки подкрашенной жидкости до полного разрушения, это будет свидетельствовать о наступлении турбулентного режима.

6. В точках перехода от ламинарного к переходному, от переходного к турбулентному режимам провести измерение расхода жидкости объемным способом или при помощи треугольного водослива.

Опыт повторять, уменьшая скорость движения жидкости.

Журнал работы №5

№/№ п/п	Температура жидкости	Коэф-т кинемат. вязкости	Диа- метр трубы	Рас ход	Высо- та водослива	Средняя скоро сть жидкос ти	Время наполнения мерного бака	Число Рейнольда	Характер движения окрашен-ной жидкости
Размерность	Т, ⁰С	n, м²/с	d, м	Q, м²/с	h, м	U, м/с	t, с	Re