Определение режима течения воды в цилиндрической трубе круглого сечения

Выполнил:
студент гр.

Проверил:

Казань – 2008

Цель работы:

1) визуальное наблюдение течения жидкости в цилиндрической трубе круглого сечения;

2)определение значения числа Рейнольдса, соответствующего наблюдаемым режимам течения.

Сущность работы:

Режим течения жидкости определяется геометрией канала, скоростью течения и вязкостью жидкости. Так, при течении в трубах и каналах постоянного сечения с малой скоростью жидкость движется отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам трубы или канала. Такой режим течения жидкости называется ламинарным или струйчатым.

По мере увеличения скорости движения потока, струйки начинают размываться и пульсировать (это можно наблюдать введя краситель), что объясняется появлением у частиц жидкости поперечных составляющих скорости. При дальнейшем увеличении скорости образуются вихревые потоки. Траектории частиц представляют собой сложные хаотические кривые. Во всех точках потока скорость и давление не регулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений. Этот режим течения воды называется турбулентным.

Между ламинарным и турбулентным режимами течения жидкости находится область развития турбулентности. В этой области турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

Визуальное определение течения жидкости не всегда возможно. Поэтому на практике о режиме течения судят по количественной характеристике, т.е. по значению критерия (числа) Рейнольдса Re:

,

где - средняя скорость потока, м/с; - плотность жидкости, кг/м³; - динамический (Па·с) и кинематический (м²/с) коэффициенты вязкости жидкости соответственно; - некоторый характерный размер потока, м, например, - эквивалентный диаметр, который определяется из выражения:

,

где S – площадь поперечного сечения потока (живого сечения), м²; П – смоченный периметр, м. Для круглой трубы , где d – внутренний диаметр трубы.

Установлено, что в круглых трубах при:

Re<2320 – ламинарный режим течения;

Re>10000 – развитый турбулентный режим течения;

10000<Re<2320 – переходная область.

Описание установки:

Установка для наблюдения режима движения жидкости состоит из напорного бака и стеклянной трубы постоянного диаметра. В бак вода подводится из водопроводной сети лаборатории. Внутри бака имеется сливная воронка, благодаря которой уровень воды в напорном баке поддерживается постоянным.

Из стеклянной трубы вода протекает через патрубок в мерный бак или сливной отсек. В стеклянную трубу по тонкой трубке может быть подведена окрашивающая жидкость. Объем протекающей воды определяется с помощью мерного бака, а при малых расходах – с помощью стеклянного стакана.

Порядок проведения опыта:

Открывается водопроводный вентиль и водонапорный бак наполняется водой. При помощи крана (установленного на конце стеклянной трубы) в стеклянной трубе создается постоянный поток воды. Вводим в поток подкрашивающую жидкость и наблюдаем режим течения. Измеряем время наполнения емкости, объёмом V. Изменяя расход воды, проводим несколько опытов: при ламинарном режиме, при турбулентном режиме и в переходной области.

Постоянство уровня воды в напорном баке позволяет поддерживать установившееся течение в трубе. Опыты заканчиваются закрытием всех кранов и вентилей, сливом воды из мерного бака.

Таблица измеренных и рассчитанных величин:

Наблюдаемый режим	V,см³	t, с	Q, м³/с	, м/с	Re
Ламинарный				0,028
Переходная область				0,124
Турбулентный				0,709

Расчеты:

d=16мм

W=5,7л

t=14ºC

=0,0117м²/с

; ;

Вывод: в результате проделанной работы, мы наблюдали режимы течения жидкости, определили значение критерия Рейнольдса. Отличие последнего от теоретических значений может быть объяснено условиями проведения опытов и не идеальностью установки.