Цель работы. Лабораторная работа №3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИЛЛЮСТРАЦИЯ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы

Наблюдение за характером движения жидкости в трубопроводе, определение чисел Рейнольдса при различных режимах движения.

Опыты показывают, что в природе существует два режима течения жидкостей и газов: ламинарный (рис.12) и турбулентный (рис.13).

Ламинарное движение - это слоистое течение жидкости без перемешивания частиц и пульсаций их скоростей. При ламинарном (слоистом) течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, т.е. прямолинейны.

Турбулентное движение - это течение жидкости сопровождающееся интенсивным перемешиванием частиц и пульсациями их скоростей. При турбулентном течении наряду с основным продольным перемещением частиц жидкости имеют место их поперечные перемещения и вращательные движения частиц или отдельных объемов жидкости.

Смена режима течения происходит при определенном значении безразмерного числа, которое получило название числа Рейнольдса. Это число, характеризующее режим течения, вычисляется при помощи следующей формулы:

где V - средняя скорость движения жидкости;

d - диаметр трубопроводе;

ν_t - кинематический коэффициент вязкости.

Физический смысл критерия Рейнольдса состоит в том, что он характеризует собой отношение сил инерции к силам трения (вязкости). Опытами установлено, что устойчивый ламинарный режим течения (слоистое движение жидкости) сохраняется до значения числа Re =2320, которое получило название критического число Рейнольдса (Re_кр =2320). При значениях Re > Re_кр движение жидкости будет турбулентным. Чем больше число Re, тем выше турбулентность потока.

Рисунок 12 – Ламинарный режим Рисунок 13 – Турбулентный режим

В жидкости действуют две группы сил: массовые и поверхностные. В потоке жидкости главную роль играют силы инерции (массовые силы), а из поверхностных – силы вязкости (трения). От соотношения этих сил зависит режим течения. Если силы вязкости достаточно велики, движение слоистое, упорядоченное (ламинарный режим). При ламинарном движении частицы жидкости движутся слоями, не перемешиваясь. В слое жидкости, прилегающем к стенкам трубы, где силы трения имеют наибольшую величину, скорость равна нулю. В центре потока скорость достигает максимальной величины. В случае ламинарного движения эпюра распределения скоростей имеет вид квадратичной параболы (рис.14). В этом случае число Re потоке меньше Re_кр.

При увеличении скорости потока или диаметра трубопровода или уменьшении вязкости жидкости происходит переход ламинарного режима движения в турбулентный. Турбулентное движение существенно отличается от ламинарного; в этом случае кроме скоростей частиц, направленных вдоль потока, имеются компоненты скорости, перпендикулярные к оси трубопровода. Вследствие этого происходит перемешивания частиц жидкости. Эпюра скоростей турбулентного потока более равномерная (рис.15). В этом случае число Re больше Re_кр.

Режим течения жидкости: существенно влияет на величину гидравлических потерь энергии потока. Поэтом; знание величины числа Re необходимо для определения потерь энергии в трубопроводах, каналах, гидромашинах и т.д.

Рисунок 14 – Распределение скоростей при ламинарном режиме

Рисунок 15 – Распределение скоростей при турбулентном режиме

Дата добавления: 2015-07-20