Лабораторная работа № 4

Определение числа Рейнольдса по опытным данным при ламинарном и турбулентном режимах движения

 

Цель работы:

-       под данным эксперимента определить число Рейнольдса и сделать вывод о характере движения жидкости

-       построить графики зависимости числа Рейнольдса от скорости движения жидкости - Re=/ (V) для различных жидкостей

1 Основные теоретические положения

В 1883 г. английский физик Осборн Рейнольде опубликовал результаты своих экспериментальных исследований, весьма наглядно иллюстрирующих существование в природе разных видов движения жидкости.

Опыты показатели, что возможны два режима движения жидкости или газа: ламинарный и турбулентный.

Ламинарное (параллельно-струйное) движение характеризуется упорядоченным перемещением отдельных частиц без перемешивания и без пульсаций скорости и давления. Если в прямой трубе постоянного сечения протекает жидкость при ламинарном режиме движения, то все линии тока направлены параллельно оси трубы, т.е. прямолинейны, а поперечные перемещения жидкости в процессе её течения отсутствуют.

Турбулентное (беспорядочное) движение характеризуется интенсивным перемешиванием частиц жидкости и пульсациями скоростей и давлений. Траектории отдельных частиц при турбулентном движении имеют вид замысловатых кривых, что говорит о том, что при турбулентном движении наряду с основным продольным перемещением жидкости вдоль трубы существуют поперечные перемещения и вращательное движение отдельных объектов жидкости.

Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении вязких жидкостей (нефти, смазочных масел и т.д.), а также при движении воды через тонкие капиллярные трубки.

Движение воды в водопроводных трубах, в разного рода напорных водоводах, в каналах и реках и т.д при обычно встречающихся на практике скоростях течение почти всегда характеризуются турбулентными режимами.

Режим течения жидкости зависит от её скорости и смена ламинарного течения на турбулентное в данной трубе происходит при определённой скорости течения, что является подтверждением философского закона перехода количества в качество.

На основании анализа результатов опытных исследований Рейнольде предложил безразмерный коэффициент, называемый числом (критерием) Рейнольдса:

,                                                             (18)

где      V_cp – скорость течения жидкости, м\с,

d – диаметр трубы, м,                                                                                                                             ' .

v – кинематический коэффициент вязкости жидкости.

В результате экспериментов Рейнольд определил, что для круглой трубы критическим числом, при котором происходит смена режимов течения жидкости, является Re_кр = 2320. Тогда, при Re < Re_kp – течение жидкости ламинарное, а при Re > Re_кp  – турбулентное.

2 Описание экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки Рейнольдса показана на рисунке 1

Рисунок 1

В стеклянную трубку 1 жидкость поступает из напорного резервуара 2. наполняемого с помощью трубы 3 с краном 4. Постоянный напор (уровень свободной поверхности жидкости) поддерживается благодаря установки сливной трубы 5. Изменение скорости течения жидкости в трубе 1 производится краном 6. Мерный бак 7 служит для определения расхода жидкости. Для наглядного наблюдения за режимом течения жидкости в трубе 1 в неё с помощью капиллярной трубки 8 подводится подкрашенная жидкость из бачка 9 с краном 10.

З Методика проведения эксперимента

Для двух разных жидкостей установим краном 6 пять значений расхода, который измеряем с помощью мерного бака 7 (W - объём воды) и секундомера (t- время наполнения мерного бака W). Расход жидкости (Q) определяется по зависимости:

,                                                                        (19)

4 Регистрация опытных данных

4.1 Объём воды, поступившей в мерный бак W

4.2 Время наполнения мерного объёма t(с)

Тогда расход определяем по формуле (2)   '     ;'=

4.3 Зная значение диаметра трубы 1 (d) и определяя площадь её поперечного сечения (s), находим значение скорости течения жидкости (V) по соотношению:

,                                                                         (20)

 

 

 

 

4.4.Известным является v - кинематический коэффициент вязкости жидкости, м²/с

Используя соотношение (1), определяем значение Re для двух разных жидкостей при различных скоростях, и полученные значения сводим в таблице 1.

Результаты расчётов

Таблица 3

№ п/п	v м2/с	Расчётные параметры
		V, м/с	Re

4.5 Построение графика

По полученным результатам строим на одной системе координат два: графика (для разных жидкостей) зависимости Re = f (V) и делаем выводы.

5.Контрольны вопросы

-            Какие режимы жидкости вы знаете?

-            Охарактеризовать режимы течения жидкости.

-            Что является критерием оценки течения жидкости?

-            Описать экспериментальную установку.

-            Описать методику проведения эксперимента.