Лабораторная работа №4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА

Вычислить числа Рейнольдса, соответствующие ламинарному, тypбулентному режиму и моменту перехода, т.е. Rе_кр, определив среднюю скорость по формуле υ=Q/ω, где Q - расход, ω - площадь поперечного сечения трубки.

Проанализировать соответствие полученных результатов литературным данным.

------------------------

Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА

Введение

При турбулентном режиме движение жидких частиц имеет хаотический характер. Параметры потока в каждой точке беспорядочно изменяются во времени. Турбулентное течение можно представить как результат сложения основного упорядоченного течения и вторичного наложенного на него неустановившегося течения с пульсирующими по величине и на­правлению скоростями.

Хотя абсолютные значения скоростей пульсации обычно много меньше основных скоростей в потоке, их влияние на те­чение весьма значительно. По сравнению с ламинарными потоками турбулентные течения оказывают большие сопротивления при движении тел, в них иначе происходят процессы теплопереноса и т. д. То же самое можно сказать о турбулентных потоках с разными уровнями значений турбулентных пульсаций скорости u', под которыми понимают разности мгновенных значений скорости u и значения скорости ū, осредненного за некоторый интервал времени, называемого кратко осредненной скоростью

u' = u - ū

Осредненная скорость может быть найдена по формуле

Время осреднения Т должно быть выбрано достаточно большим так, чтобы дальнейшее увеличение времени наблю­дения практически не сказывалось на величине осредненной скорости.

Рис.2: а – распределение скоростей по сечению в данный момент времени; б – зависимость квазимгновенной скорости от времени в данной точке

На рис. 2,а изображено пространственное изменение скорости в данный момент времени, а на рис. 2,б - временные изменения скорости в данной точке (кривая 1). Осредненное значение скорости в обоих случаях нанесено пунктирной ли­нией.

Получить зависимость изменения мгновенных скоростей от времени можно, применяя, например, термоанемометр [2]. Однако подобные измерения представляют собой значитель­ные трудности. Поэтому часто вместо мгновенных скоростей для определения характеристик турбулентного потока ограничиваются измерением так называемых квазимгновенных скоростей, т.е. скоростей, осредненных за некоторый малый по сравнению со всем временем осреднения интервал.

График зависимости квазимгновенной скорости от времени характеризуется ступенчатой линией 2 на рис. 2. Для измерения квазимгновенных скоростей может быть использована гидрометрическая вертушка.

Турбулентное течение имеет характер случайного процесса, поэтому его описывают набором статистических ха­рактеристик, важнейшей из которых является степень турбулентности.

Степень турбулентности ε представляет собой отношение среднеквадратичной пульсационной скорости к осредненной

Задачи работы

Записать зависимости квазимгновенной скорости в двух точках турбулентного потока с различным уровнем турбулентности. Построить график зависимости квазимгновенной скорости от времени и определить степень турбулентности в указанных точках.

Измерение скоростей производится в потоке, созданном в открытом лотке. Схема установки приведена на рис. 3. Для измерения скорости в отдельных точках в поток поме­щается гидрометрическая вертушка, соединенная с само­писцем. каждый оборот вертушки фиксируется на ленте само­писца. Самописец снабжен отметчиком времени, позволяю­щим установить масштаб времени записи.