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

83348. Однорідні члени речення «Спогади про літо» 777 KB
  Мета: розширити знання дітей про члени речення ознайомити з однорідними членами речення їхніми характерними ознаками вчити визначати в реченні однорідні члени; розвивати вміння уважно слухати й аналізувати речення; творче мислення; виховувати шанобливе ставлення до хліба інтерес до народних традицій.
83349. Написання не з дієсловами. Спостереження за зв’язком дієслова в реченні з іншими частинами мови 348.5 KB
  Чи любить Яринка прокидатися зранку Що вона запитала у дідуся Що порадив дідусь Чи послухає поради дідуся Яринка Давайте спробуємо сьогодні довести що праця навчання наполегливість необхідні в житті людини. Для початку зясуємо яка орфограма в імені Яринки велика буква Яким звуком починається слово...
83350. Повторення та узагальнення вивченого про дієслово як частину мови 154 KB
  Мета: Узагальнити знання про ознаки дієслова удосконалювати вміння розрізняти часові форми дієслова закріплювати навички правопису не з дієсловами. Вміння визначати до якої дієвідміни та особи належать дієслова. Обладнання: стіл накритий вишитою скатертиною на якому розміщені паска писанки...
83351. Вправи на вживання різних відмінкових форм прикметників 351 KB
  Мета: Закріпити знання про відмінювання прикметників у множині. Вчити школярів правильно вимовляти і записувати форми прикметників у множині, вживати на письмі закінчення прикметників, орієнтуючись на кінцевий приголосний звук основи.
83352. Закріплення знань про прислівник. Підготовка до контрольної роботи 121 KB
  Закріплювати та поглиблювати знання про прислівник як самостійну частину отриманні на уроках української мови; розвивати логічне мислення память мовлення учнів навички та уміння самоосвітньої діяльності з навчальним матеріалом; вчити бачити прекрасне у звичайному а із заняття винести любов до рідного слова.
83353. Роль прикметників у мовленні 296 KB
  Мета: повторити вживання апострофу, закріпити знання про прикметник як частину мови, актуалізувати його роль у мовленні; поглибити знання учнів про осінні явища, розкрити красу осінньої палітри природи; розвивати навички сприйняття, образне творче мислення, увагу, зв’язне мовлення...
83354. Урок розвитку зв’язного мовлення. Складання твору «Весна прийшла» 131 KB
  Мета. Формувати вміння та навички школярів складати текст-розповідь на визначену тему на основі власних спостережень використовуючи лексичні засоби; розвивати навички усного і писемного мовлення, уміння бачити і відчувати красу природи, заохочувати дітей до творчості, збагачувати словниковий запас...
83355. Перевірка орфограм у особових закінченнях, або ще раз про закон письма 105 KB
  Вчити школярів застосовувати алгоритм перевірки орфограм слабких позицій звуків у особових закінченнях дієслів; перевіряти орфограми слабких позицій звуків у різних частинах слів; вчити школярів обґрунтовувати свої думки; давати на запитання повні змістовні відповіді; робити висновки.