 |
Изучение режимов движения жидкости в цилиндрической трубе
|
|
|
|
Строительный институт
Кафедра гидравлики
ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБЕ
Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсу «ГИДРАВЛИКА»
Екатеринбург
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Изучение режимов движения жидкости в цилиндрической трубе
Основные положения
Существуют два режима движения жидкости - ламинарный и турбулентный. Для наблюдения режимов движения используется стеклянная трубка, на входе в которую в поток жидкости вводится краска. При ламинарном движении подкрашенная струйка жидкости движется прямолинейно, практически не перемешиваясь с остальной жидкостью. При турбулентном режиме движения траектории частиц жидкости быстро изменяются во времени случайным образом. Подкрашенная струйка размывается.
Переход ламинарного режима течения в турбулентный объясняется потерей устойчивости ламинарного потока. Случайные возмущения параметров ламинарного потока (скорости и др.), вызванные различными причинами, затухают за счет действия сил трения (вязкости). С ростом скорости течения увеличиваются силы инерции, случайно возникшие возмущения не затухают, ламинарный режим становится неустойчивым и переходит в турбулентный определения режима движения необходимо найти число Рейнольдса
(1)
v - средняя скорость движения жидкости, d - диаметр трубы, ν - кинематический коэффициент вязкости.
Существует некоторое критическое значение числа Рейнольдса 
. Если Re < 
, то ламинарный режим устойчивый. Если Re> 
, то ламинарный режим переходит в турбулентный. Значение 
сильно зависит от величины и характера возмущений, вносимых поток, например: вибраций, неплавности входа в трубу и др. Шероховатость стенок трубы на величину не влияет.
|
|
|
Практически переход от ламинарного движения к турбулентному осуществляется в некотором диапазоне изменения 
от нижнего
критического значения 
до верхнего 
. Обычно в круглых трубах = 2000-2300, ≈ 4000. Создавая специальные условия для предотвращения случайных возмущений, значение можно довести до 50000.
Переход от ламинарного к турбулентному движению жидкости приводит к перестройке профиля скорости. При ламинарном режиме в цилиндрической трубе профиль скорости представляет собой параболу. При этом отношение скорости в рассматриваемой точке U максимальной 
:
(2)
где, у - расстояние от стенки трубы до точки, в которой измерена скорость U. (рис. I).
При турбулентном режиме течения в цилиндрической трубе про
филь скорости теоретически описывается универсальной логарифмической зависимостью (рис.2).
(3)
аде А, В - некоторые постоянные; 
динамическая скорбеть, которая связана со средней скоростью движения жидкости в трубе 
и коэффициентом гидравлического сопротивления трения λ соотношением
(4)
Для гидравлических гладких труб λ можно определить во формуле Блазиуса
(5)
В инженерной практике профиль скорости при турбулентном
режиме движения жидкости в трубе приблизительно описывается степенной зависимостью 
где n - коэффициент, зависящий от числа Re.
Зная закон распределения скорости в поперечном сечении трубы, можно рассчитать расход жидкости Q.. С использованием соотношения (6)
(7)
где 
- площадь живого сечения потока,
В данной лабораторной работе коэффициенты А, В в формуле (3) и n в формуле (6) определяются расчетом на основании экспериментально устанавливаемой зависимости U от y.
Расчеты проводятся методом наименьших квадратов на ЭBМ. Этот метод обработки опытных данных предназначен для подбора зависимостей, описыващих результаты эксперимента (в нашем случае зависимости U. от y). Параметры зависимостей (A и В для формулы (3) и n. для формулы (6)) рассчитываются по особым формулам таким образом, чтобы графики этих зависимостей проходили максимально близко к экспериментальным точкам. Теория вероятностей показывает, что наилучшим будет такой график, для которого сумма квадратов расстояний по вертикали от экспериментальных точек до него минимальная,
|
|
|
Цель работы
лабораторная работа состоит из двух частей.
Часть I - определение круглой цилиндрической стеклянной
трубе.
Часть II - измерение профиля скорости при турбулентном режиме движения в этой трубе и определение коэффициентов А, B в формуле (3) и n. в формуле (6).
Работа выполняется либо в полном объеме (части I, II, либо в рамках части I. Объем работы определяется преподавателем.
|
|
|
D. Секты, вышедшие из анабаптистского движения
II. Информирование о введении временных ограничений или прекращении движения транспортных средств по автомобильным дорогам
II. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА. ЖИДКОСТИ И ИХ ВИДЫ.
III. Временные ограничения или прекращение движения при реконструкции, капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог
III. ИЗУЧЕНИЕ КЛАССНОГО КОЛЛЕКТИВА
III. Изучение нового материала.
III. МЕТОДИКИ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ИЗУЧЕНИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ И ЭМОЦИОНАЛЬНО-ВОЛЕВОЙ СФЕР ЛИЧНОСТИ
III.5. Изучение потребностей, ИНТЕРЕСОВ И СКЛОННОСТЕЙ УЧАЩИХСЯ
IX. НЬЮТОНОВСКИЕ И НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ, ИХ ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА.
P1.8.3.3 Шариковый вискозиметр: измерение зависимости вязкости ньютоновской жидкости от температуры
