13022

ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ Многочисленными экспериментами установлено существование двух режимов течения жидкости: ламинарного и турбулентного. Наличие того или иного режима определяется отношением сил инерции к вязкости назыв

Русский

2013-05-07

169.5 KB

5 чел.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫ РЕЖИМОВ 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 dг  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.

Обработка результатов измерений

Вычислить числа Рейнольдса, соответствующие ламинарному, тypбулентному режиму и моменту перехода, т.е. кр, определив среднюю скорость по формуле  υ=Q/ω, где Q- расход, ω- площадь поперечного сечения трубки.

Проанализировать соответствие полученных результатов литературным данным.

------------------------

Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПОТОКА

Введение

При турбулентном режиме движение жидких частиц имеет хаотический характер. Параметры потока в каждой точке беспорядочно изменяются во времени. Турбулентное течение можно представить как результат сложения основного упорядоченного течения и вторичного наложенного на него неустановившегося течения с пульсирующими по величине и направлению скоростями.  

Хотя абсолютные значения скоростей пульсации обычно много меньше основных скоростей в потоке, их влияние на течение весьма значительно. По сравнению с ламинарными потоками турбулентные течения оказывают большие сопротивления при движении тел, в них иначе происходят процессы теплопереноса и т. д. То же самое можно сказать о турбулентных потоках с разными уровнями значений турбулентных пульсаций скорости u', под которыми понимают разности мгновенных значений скорости u и значения скорости ū, осредненного за некоторый интервал времени, называемого кратко осредненной скоростью

         

                                                               u' = u - ū    

Осредненная скорость может быть найдена по формуле

           Время осреднения Т должно быть выбрано достаточно большим так, чтобы дальнейшее увеличение времени наблюдения практически не сказывалось на величине осредненной скорости.

    

       а)                                                                                 б)                                                                  

Рис.2: а – распределение скоростей по сечению в данный момент времени; б – зависимость квазимгновенной  скорости от времени в данной точке

На рис. 2,а изображено пространственное изменение скорости в данный момент времени, а на рис. 2 - временные изменения скорости в данной точке (кривая 1). Осредненное значение скорости в обоих случаях нанесено пунктирной линией.

Получить зависимость изменения мгновенных скоростей от времени можно, применяя, например, термоанемометр [2]. Однако подобные измерения представляют  собой значительные трудности. Поэтому часто вместо мгновенных скоростей для определения характеристик турбулентного потока ограничиваются измерением так называемых квазимгновенных скоростей, т.е. скоростей, осредненных за некоторый малый по сравнению со всем временем осреднения интервал.

График зависимости квазимгновенной скорости от времени характеризуется ступенчатой линией 2 на рис. 2. Для измерения квазимгновенных скоростей может быть использована гидрометрическая вертушка.

Турбулентное течение имеет характер случайного процесса, поэтому его описывают набором статистических характеристик, важнейшей из которых является степень турбулентности.

Степень турбулентности ε представляет собой отношение среднеквадратичной пульсационной скорости к осредненной

Задачи работы

Записать зависимости квазимгновенной скорости в двух точках турбулентного потока с различным уровнем турбулентности. Построить график зависимости квазимгновенной скорости от времени и определить степень турбулентности в указанных точках.

Измерение скоростей производится в потоке, созданном в открытом лотке. Схема установки приведена на рис. 3. Для измерения скорости в отдельных точках в поток помещается гидрометрическая вертушка, соединенная с самописцем. каждый оборот вертушки фиксируется на ленте самописца. Самописец снабжен отметчиком времени, позволяющим установить масштаб времени записи.

Порядок проведения эксперимента и состав измерений

В двух точках турбулентного потока в открытом лотке, резко отличающихся уровнем  турбулентности, с помощью вертушки и самописца сделать запись импульсов, соответствующих каждому обороту вертушки, в течение 10 - 15 с. Скорость протяжки бумаги на самописце при  этом выбрать так, чтобы можно было отчетливо различить каждый импульс (каждый оборот вертушки). Записать масштаб времени ВМ.

Обработка результатов измерений и их анализ

На рис. 4 изображен участок ленты с записью. На ленте выбирается участок кривой 1, соответствующий 30 – 50 импульсам (каждый импульс соответствует одному обороту вертушки). Измеряется длина S, мм, оси абсцисс записи от начала опыта до конца каждого импульса.

Содержание отчета

Отчет должен содержать таблицу опытных данных и результаты вычисления чисел Рейнольдса для разных режимов течения, зарисовки структуры ламинарного и турбулентного потоков.

В работе по определению степени турбулентности должны быть приведены таблицы опытных данных и их обработка для двух точек в потоке, отличающихся степенью турбулентности, а также графики зависимостей  u=f(t)  для этих точек.

Рис. 3. Схема установки                                                               Рис. 4. Участок ленты с записью

Вопросы для самопроверки

1. От каких физических факторов зависит существование ламинарного или турбулентного  режима?

2.   Что является критерием, определяющим режим течения?

3. От каких факторов зависят значения кинематического и динамического коэффициентов вязкости?

4.   Что выбирается в качестве характерного линейного размера поперечного сечения при определении числа Рейнольдса ?

5.   Что называется степенью турбулентности потока? Как ее определить в опыте?

6. Как определяется квазимгновенная, осредненная скорости и турбулентная пульсация скорости?

7.  Как должен выбираться интервал времени, в течение которого производится осреднение скорости?

----------------------

ЛИТЕРАТУРА

1. Емцев Б. Т. Техническая  гидромеханика. М.: Машиностроение, 1986.    С. 29-32.

2. Пятигорская Е. И. Элементы теории и практики гидромеханического эксперимента. М.: Моск. энерг. ин-т, 1987. С. 54-65.

----------------------


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81343. Зберігання майна на яке накладено арешт 27.4 KB
  Зберігач, якщо ним призначено не боржника або члена його сімї, має право на одержання за зберігання майна винагороду або прибуток від зберігання майна, розмір яких установлюється за угодою зберігача з державним виконавцем, укладеною відповідно до вимог глави 66 Цивільного кодексу України.
81344. Особливості примусової реалізації рухомого майна боржника 28.89 KB
  Відділ ДВС укладає договір з організатором аукціону яким доручає реалізацію майна організатору аукціону спеціалізована організація незалежно від форми власності за визначену комісійну винагороду. Організатор повинен мати власне або орендоване приміщення з відповідними умовами для зберігання передпродажної підготовки і демонстрації майна яке відповідає торговельнотехнологічним санітарногігієнічним і протипожежним нормам а також приміщення для проведення аукціону. Організатор аукціону визначає дату та час проведення аукціону та не...
81345. Особливості примусової реалізації нерухомого майна боржника 24.77 KB
  У разі звернення стягнення на будинок квартиру приміщення земельну ділянку державний виконавець запитує відповідні місцеві органи виконавчої влади та органи місцевого самоврядування про належність зазначеного майна боржникові на праві власності та його вартість а також нотаріальний орган про те чи не перебуває це майно під арештом. Одержавши документальне підтвердження належності боржникові на праві власності будинку чи іншого нерухомого майна державний виконавець накладає на них арешт шляхом опису та оцінки за їх вартістю на момент...
81346. Звернення стягнення на валюту та валютні цінності 24.23 KB
  У разі якщо кошти боржника в іноземній валюті розміщені на рахунках внесках або на зберіганні у банку чи іншій фінансовій установі що мають право на продаж іноземної валюти на внутрішньому валютному ринку державний виконавець зобовязує їх продати протягом семи днів іноземну валюту в сумі необхідній для погашення боргу. У разі якщо такі кошти розміщені у банку або іншій фінансовій установі які не мають права на продаж іноземної валюти на внутрішньому валютному ринку державний виконавець зобовязує їх перерахувати протягом семи днів ці...
81347. Звернення стягнення на цінні папери, ювелірні вироби та дорогоцінне каміння 30.05 KB
  Цінні папери ювелірні та інші побутові вироби із золота срібла платини і металів платинової групи дорогоцінних каменів і перлів а також лом і окремі частини таких виробів виявлені під час опису на які накладено арешт підлягають обов\'язковому вилученню і негайно передаються на зберігання установам Національного банку України. Порядок і умови зберігання та реалізації грошей у тому числі іноземної валюти цінних паперів ювелірних та інших побутових виробів із золота срібла платини і металів платинової групи дорогоцінного каміння і...
81348. Особливості звернення стягнення на будинок, квартиру, приміщення, земельну ділянку 28.33 KB
  Звернення стягнення на будинок квартиру інше приміщення земельну ділянку що є нерухомим майном провадиться у разі відсутності в боржника достатніх коштів чи рухомого майна. У разі звернення стягнення на будинок квартиру приміщення земельну ділянку державний виконавець звертається з запитом до відповідних місцевих органів виконавчої влади та органів місцевого самоврядування про належність зазначеного майна боржникові на праві власності та про його вартість а також до нотаріального органу чи не знаходиться це майно під арештом...
81349. Особливості звернення стягнення на предмет іпотеки 22.32 KB
  Звернення стягнення на предмет іпотеки і його реалізація для задоволення вимог іпотекодержателя здійснюються відповідно до умов іпотечного договору. У разі звернення стягнення на предмет іпотеки на підставі виконавчого напису нотаріуса на нотаріально посвідчених примірниках іпотечного договору та договору про іпотечний кредит чи на нотаріально посвідчених копіях цих документів або за рішенням суду орган державної виконавчої служби здійснює реалізацію предмета іпотеки в порядку установленому іпотечним договором. Відчуження предмета іпотеки...
81350. Звернення стягнення на грошові кошти боржника - юридичної особи 27.5 KB
  Готівка в національній та іноземній валюті яка знаходиться в касах або інших сховищах боржника юридичної особи підлягає невідкладному вилученню після її виявлення Державний виконавець звертає стягнення на кошти боржника юридичної особи що знаходяться в кредитних установах в тому числі в органах Державного казначейства в порядку передбаченому Законом. Якщо даних про наявність у боржника юридичної особи рахунків і вкладів у банках чи інших кредитних установах немає то державний виконавець одержує такі дані в податкових органах які...
81351. Звернення стягнення на інше майно боржника - юридичної особи 28.88 KB
  У разі відсутності в боржника юридичної особи коштів достатніх для покриття заборгованості стягнення звертається на інше майно належне боржникові юридичній особі на праві власності або закріплене за ним у тому числі на майно яке обліковується на окремому балансі філії представництва та іншого відокремленого підрозділу боржника юридичної особи за винятком майна виключеного з обороту або обмеженого в обороті незалежно від того хто фактично використовує це майно. На зазначене майно накладається арешт і воно реалізується в такій...