Исследование режимов течения жидкости: Методические указания к выполнению лабораторной работы

1.  Общие положения

В курсе «Гидромеханика» («Гидравлика») студенты выполняют лабораторные работы, цель которых ознакомить студента с основными законами гидромеханики и научить выполнять несложные экспериментальные исследования и расчеты гидравлических систем.

Цель данной работы заключается в установлении харак­тера и структуры потока жидкости при разных скоростях дви­жения, определении числа Рейнольдса и коэффициента Кориолиса.

2.  Требования к выполнению  лабораторной работы

Лабораторные работы должны быть результатом самостоятельной и творческой работы студента. Все режимы работы экспериментальных установок, а также требуемые замеры выполняются студентом.

Техническое оформление лабораторных работ должно соответствовать ЕСКД.

Отчет по лабораторной работе должен быть написан на одной стороне листов формата А4 и отличаться краткостью и ясностью изложения, без сокращения фраз и ненужных пояснений. В начале отчета должен быть титульный лист установленного образца. По согласованию с преподавателем допускается оформление отчетов в ученических тетрадях.

После защиты лабораторных работ отчет хранится на кафедре.

3.  Содержание отчета по лабораторной работе

В отчет по лабораторной работе включается:

1) цель работы;

2) схема и краткое описание конструкции лабораторной установки;

3) порядок выполнения экспериментов;

4) расчетные формулы по обработке результатов замеров;

5) таблицы замеров и результатов расчетов, также необходимые графики и диаграммы.

4.  Методические указания по выполнению лабораторной работы

4.1. Теоретические положения

При движении потока реальной жидкости в нем действу­ют различные силы: силы давления, вязкости (трения), тяже­сти и инерции. В первой половине XIX века многие исследо­ватели обратили внимание на то, что в различных условиях характер и структура потока жидкости могут быть разные. В 1883 г. английский физик Осборн Рейнольдс обосновал теоре­тически и показал на опытах существование двух принципи­ально различных режимов движения жидкости. Они получили название ламинарный (слоистый) и турбулентный (вихреобразный) режимы.

Рейнольдс установил, что критерием режима движения жидкости является безразмерная величина, представляющая собой отношение произведения средней скорости потока V на характерный линейный размер lпоперечного сечения потока к кинематической вязкости жидкости n, которая впоследствии была названа числом Рейнольдса. Для потока жидкости в тру­бе круглого сечения (характерный размер l равен внутреннему диаметру d) число Рейнольдса вычисляется по формуле

                                                     .                                          (1)

Физический смысл числа Рейнольдса заключается в следующем. Из теории гидродинамического подобия известно [1], что силы инерции пропорциональны плотности жидкости , скорости жидкости V во второй степени и характерному линейному размеру l во второй степени: 

R_ин ~ rl² V².                                                (2)          

В свою очередь, силы вязкости пропорциональны плотно­сти, скорости потока, характерному линейному размеру и ко­эффициенту кинематической вязкости:

                                                              R_в ~ rl Vn.                                                   (3)

Возьмем отношение выражений (2) и (3)

Таким образом, число Рейнольдса есть величина, пропор­циональная отношению силы инерции к силам вязкости.

В зависимости от того, какие силы - вязкости или инерции - будут преобладать, и установится режим движения жидкости - ламинарный или турбулентный.

Опытная установка  Рейнольдса позволяет наблюдать эти режимы при движении подкрашенной жидкости, подаваемой через трубку 2 (рис.1) в поток прозрачной жидкости, проте­кающей по стеклянному трубопроводу 1.