Практическое пособие к лабораторным занятиям по курсу ''Гидравлика, гидропривод и гидропневмоавтоматика'', страница 2

Например, для круглых труб число Рейнольдса обычно выражается в виде:

.

Сравнительно точными измерениями движения жидкости в круглых гладких трубах на участках, достаточно удаленных от входа, и при отсутствии различных возмущающих условий установлено, что при Re< 2320 режим движения жидкости устойчиво ламинарный. В случае Re> 2320 режим движения жидкости – турбулентный.

Значение числа Рейнольдса, соответствующее устойчивому переходу ламинарного движения к турбулентному и наоборот, называется критическим числом Рейнольдса Re_кр..

.

Следует отметить, что при 2320 < Re < 10 000 турбулентный режим течения еще не полностью развит. Здесь зоны турбулентного движения могут перемежаться с зонами ламинарного движения. Такой режим течения жидкости иногда называют переходным. Режим движения жидкости оказывает существенное влияние на гидравлическое сопротивление и потери потока.

Анализ опытных данных показывает, что потери напора при ламинарном режиме пропорциональны средней скорости потока в первой степени:

, где k_л – коэффициент пропорциональности при ламинарном режиме движения.

При турбулентном режиме, потери напора пропорциональны средней скорости в степени n > 1:

, где k_т – коэффициент пропорциональности при турбулентном режиме.

Различие между ламинарным и турбулентным режимами имеется также и в распределении скоростей в живом сечении потока.

При ламинарном режиме распределение скорости по сечению имеет параболический закон (рис. 1); при турбулентном режиме закон распределения более сложный (рис. 2).

Рис.1. Распределение скорости в поперечном сечении трубы при ламинарном режиме движения жидкости

Рис. 2. Распределение скорости в поперечном сечении трубы при турбулентном режиме движения жидкости.

При этом средняя скорость в течении определяется по формуле:

, где Q – объемный расход жидкости;

F – площадь поперечного сечения.

Описание опытной установки и способов измерений опытных данных.

Опытная установка (рис. 3) состоит из напорного резервуара (1), снабженного подводящей трубой и вентилем (2), сливной трубой (3), служащей для поддержания постоянного уровня воды во время опытов.

В напорном резервуаре смонтированы:

горизонтальная стеклянная трубка (4), клапан (5), служащий для закрытия входа в горизонтальную стеклянную трубку, а также бачок (6) с окрашенной жидкостью. Внутри горизонтальной стеклянной трубки закреплена игла (7), которая соединяется с бачком (6) гибкой трубкой (8) с краном (9).

В конце горизонтальной стеклянной трубки (4) имеется кран (10) для изменения скорости течения воды в трубе.

Для измерения температуры воды в напорном резервуаре установлен термометр (11).

Для измерения объема вытекшей воды служит мерный сосуд (12), снабженный линейкой (13).

Порядок проведения работы

1. Открыть вентиль (2) на подводящей трубе и заполнить водой напорный резервуар (1). При этом уровень воды в резервуаре должен поддерживаться постоянным, т. е. Непрерывно работает слив.

2. Открыть клапан (5).

3. Открыть кран (10) так, чтобы вода в стеклянной горизонтальной трубке протекала с наибольшей скоростью.

Рис. 3. Схема опытной установки

4. Открывая кран (9) подать краситель в поток воды. С помощью крана (10) уменьшить скорость течения воды в горизонтальной стеклянной трубке (4) и добиться устойчивого ламинарного режима, когда окрашенная струйка будет представлять собой отчетливо выраженную нить по всей длине трубки.

5. Объемным способом определить расход воды в стеклянной трубке (4). Для этого под струю воды, вытекающую из крана (10) подставляется мерный сосуд (12) с одновременным включением секундомера. Одновременно фиксируется температура воды термометром (11).

6. Постепенным открытием крана (10) увеличивается скорость течения в трубке (4) и все измерения повторяются. Таким образом делается 2…3 опыта при ламинарном режиме движения.

7. При некотором открытии крана (10) краситель начнет интенсивно перемешиваться с потоком воды в горизонтальной стеклянной трубке (4), т. е. режим течения становится турбулентным. Этот момент следует уловить и измерить расход воды.