ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Краткое описание работы, ее цель.

В данной лабораторной работе экспериментально изучается тема, относящаяся к разделу «Гидродинамика».

Целью работы является:

а) визуальное наблюдение режимов движения воды в стеклянной трубке;

б) экспериментальное определение чисел Рейнольдса для наблюдаемых режимов движения жидкости.

2. Основные вопросы теории по теме работы.

Виды движения жидкости. Элементы потока жидкости. Расход жидкости и средняя скорость. Уравнение неразрывности. Объемный способ определения расхода жидкости. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкостей. Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса. Практическое приложение знания режимов движения жидкости.

Литература: [3, с.58-60], [5, с. 100-143], [6, с.69-72, 225-235], [8, с.69-72], [14, с.110-124].

Описание лабораторной установки.

Изменение режима движения жидкости в трубопроводе можно наблюдать на приборе Рейнольдса, схема которого показана на рис. 3.1. Опытная установка состоит из напорного бака 1, в который вода поступает из водопроводной сети по трубе 7. Горизонт воды в баке поддерживается постоянным благодаря холостому сливу 6. Из напорного бака вода поступает в стеклянную трубу 2 с краном 3 на конце для регулирования количества жидкости, поступающей из резервуара в трубу. Кроме того, имеется бачок 4 с тонкой трубкой 5, которая подведена к центру трубы 2 и снабжена краном 10. В бачок 4 заливается подкрашенная вода. Для определения температуры, от которой зависит вязкость жидкости, служит термометр 8. Количество жидкости, проходящей из резервуара 1 через трубу 2, измеряется при помощи мерной емкости 9. Время, в течение которого заполняется мерный бак 9, засекается по секундомеру.

Рис.3.1. Схема лабораторной установки [13]

Порядок проведения опытов.

1) До начала опытов следует заполнить напорный бак 1 водой, а бачок 4 – подкрашенной жидкостью.

2) С помощью крана 3 устанавливают в трубе 2 небольшой расход, при котором имеет место ламинарный режим.

3) Постепенным открытием краника 10 по трубке 5 подается красящая жидкость в виде тонкой струйки.

4) Наблюдая ламинарный режим, измеряют расход, засекая время наполнения мерного бака.

5) Постепенное открытие крана 3 приводит к увеличению скорости течения в трубе, появлению колебаний, а при достижении критической скорости – к быстрому перемешиванию окрашенной струйки с потоком воды. Вновь производятся замеры расхода.

6) После выполнения замеров при ламинарном, турбулентном режиме и в момент смены режимов замеряется температура воды в напорном баке.

Обработка экспериментальных данных.

Необходимые вычисления:

1) Расход воды в стеклянной трубе:

,

где – объем воды, поступившей в мерный бак; – время наполнения бака.

2) Средняя скорость течения в стеклянной трубе:

.

3) Кинематический коэффициент вязкости воды по формуле Пуазейля:

,

где – температура воды в градусах Цельсия.

4) Число Рейнольдса по формуле

.

5) Критическая скорость течения в трубе по формуле

.

Форма отчета.

Таблица3.1 – Регистрация опытных данных [13]

№ опыта	Диаметр трубы , см	Объем воды , см3	Время наполнения бака , с	Температура воды , ºС

Таблица3.2 – Обработка опытных данных

№ опыта	Площадь поперечного сечения трубы , см2	Расход воды , см3/с	Средняя скорость течения , см/с	Коэффициент кинематической вязкости , см2/с	Число Рейнольдса	Режим движения жидкости

7. Контрольные вопросы:

1. Какие существуют режимы движения жидкости? Чем они визуально отличаются друг от друга?

2. Что называется числом Рейнольдса? Каково его критическое значение?

3. Что называется критической скоростью?

4. Как определить режим движения в трубе по величине критической скорости?

5. Как установить наличие того или другого режима не визуально, а расчетным путем?

6. Как влияют геометрические размеры потока на установление того или иного режима движения жидкости?

7. Как влияет вязкость на режим движения?

8. Как влияет температура на режим движения?

9. Что называется вязкостью? Сформулируйте закон Ньютона о трении.

10. Какими коэффициентами оценивается вязкость жидкости?

11. Каково практическое приложение знания режимов жидкости?

Лабораторная работа № 4