Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫРЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ
Многочисленными экспериментами установлено существование двух режимов течения жидкости: ламинарного и турбулентного. Наличие того или иного режима определяется отношением сил инерции к вязкости, называемым числом Рейнольдса
где υ – некоторая характерная скорость (обычно средняя по сечению); L – характерный линейный размер поперечного сечения; ν - кинематический коэффициент вязкости.
В качестве параметра L для круглых труб принимается диаметр трубы d, реже радиус R.
Для каналов некруглого поперечного сечения – обычно величина гидравлического диаметра d г или гидравлического радиуса Rг, причем гидравлический радиус определяется как отношение площади “живого” сечения ω к смоченному периметру χ.
Гидравлический диаметр по аналогии с соотношением, получающимся для круглых труб, принимается равным четырем гидравлическим радиусам.
Изменять число Рейнольдса в трубе данного диаметра, заполненной определенной жидкостью, можно, изменяя скорость течения жидкости υ.
При малых расходах режим течения в трубе может быть ламинарным, причем при числах Рейнольдса, меньших некоторого критического числа Reкр, любые возмущения, вносимые в поток, затухают и сохраняется устойчивый ламинарный режим. Для круглых труб значение критического числа Рейнольдса принято считать равным
Reкр =2320.
Ламинарный режим может существовать и при числах Re>Reкр, однако такое течение будет неустойчивым, и внесение любых возмущений приведет к турбулизации потока.
Наличие ламинарного или турбулентного потока можно наблюдать по поведению подкрашенной струйки жидкости в прозрачной трубе: при ламинарном течении подкрашенная струйка течет, не смешиваясь с другими слоями жидкости; при турбулентном – подкрашенная струйка интенсивно размывается вследствие пульсаций скорости.
Задачи работы
Ознакомиться с ламинарным и турбулентным течениями жидкости, изучить переход из одного режима в другой.
Произвести зарисовку структуры потока при различных режимах, определить соответствующие числа Рeйнольдса и критическое число Рейнольдса.
Схема экспериментальной установки и ее краткое описание:
Вода из напорного бака 1 с постоянным уровнем (pис. 1) поступает в стеклянную трубку 2, в конце которой установлен кран 3 для регулирования расхода. Расход измеряется весовым способом с помощью мерного бачка 4. Визуализация течения осуществляется введением в трубку подкрашенной струйки, поступающей из бачка 5, снабженного краном 6. Температура жидкости определяется термометром.
Порядок проведения эксперимента и состав измерений
1. Наблюдая поведение окрашенной струйки, установить ламинарный режим течения, регулируя расход концевым краном.
2. Открывая постепенно кран, установить момент перехода от ламинарного режима к турбулентному. Измерить соответствующий расход.
3. Установить турбулентный режим течения, измерить расход.
4. Записать температуру жидкости.
5. 3арисовать структуру потока для всех трех случаев.