Критерий Рейнольдса физически представляет меру отношения сил инерции к силам вязкого трения. Само движение жидкости следует представить как противоборство этих сил.

Визуально наблюдать режимы движения жидкости при разных скоростях можно в стеклянной трубе с плавным входом потока и с одновременным введением жидкой краски посредством тонкой трубки (рис.3).

Рис.3. Наблюдение режимов течения жидкости

При малых скоростях струйка краски, попадая в трубу, движется не смешиваясь с основным потоком, параллельноструйно (рис. 3,а). Такой режим движения получил название ламинарного.

При увеличении скорости течения струйка краски начинает колебаться и принимать волнообразные очертания. На значительном расстоянии от входа и при определенном значении критической скорости возможно внезапное перемешивание подкрашенной струйки с основным потоком (рис. 3,б).

При дальнейшем увеличении скорости окрашенная струйка растворяется все ближе к входному сечению, но не у самого выхода трубки с краской, как бы ни велика была скорость. Этот режим получил название турбулентного (рис. 3,в).

Смена режима движения при достижении критической скорости обусловлена тем, что одно течение теряет устойчивость, а другое – приобретает. При наличии ламинарного режима переход к турбулентному происходит при скорости , а при наличии турбулентного и переходе к ламинарному – при скорости (рис. 4). Причем . В связи с этим, критическое число Рейнольдса, соответствующее переходу от ламинарного течения к турбулентному, может получиться больше, чем при обратном переходе. Развитое турбулентное течение в трубах круглого сечения устанавливается при , а при имеет место переходный (неустойчивый) режим.

Рис.4. Режимы течения жидкости

Критическое число Рейнольдса зависит от формы сечения и шероховатости стенок русла. На него оказывают влияние возмущения, возникающие в потоке вследствие неплавного входа, наличия гидравлических сопротивлений, вибрации труб, пульсаций давления и расхода и др.

Определив число Рейнольдса, и сравнив его с критическим значением, можно судить о режиме движения жидкости:

- если , то всегда ламинарный режим;

- если , то всегда турбулентный режим ( соответствует );

- если , то возможны оба режима.

В расчётах принимается в качестве верхней границы для ламинарного режима и нижней границы – для турбулентного.

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
УЧЕБНОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Устройство установки.

Установка состоит из станины 1 (Рис. 5), на которой установлены: расходный резервуар 7, бачок для краски 6, приёмный бачок 19, стеклянная труба 12.

Стеклянная труба 12 одним концом присоединена к расходному резервуару в переднем узле уплотнения 11. Другой конец трубы 12 соединен в заднем узле уплотнения 15, укрепленном на станине болтами, с вентилем 16 и трубой 18 с поворотным насадком. Уплотнение стеклянной трубы в узлах уплотнения производится резиновыми манжетами.

Приёмный бачок 19 разделен на два отсека: проточный, который соединен напрямую с канализацией, и мерный, который соединен с канализацией через вентиль 20.

Вода поступает в расходный резервуар по трубе 2, на которой установлен входной вентиль 3. Для поддержания постоянного уровня воды в расходном резервуаре предусмотрена переливная труба 8, а для уменьшения возмущений в жидкости, влияющих на характер течения жидкости в начальном участке трубы, установлены успокоители 9 и передний узел уплотнения 11 на входе в трубу 12 выполнен в форме сопла. Для контроля уровня воды, резервуар снабжен мерной стеклянной трубкой 4, а для измерения температуры воды – термометром 23 (рис. 6).

На расходном резервуаре закреплен бачок для краски, который соединён трубкой и игольчатым вентилем 5 с капилляром 10, установленным в сопло переднего узла уплотнения трубы 12.

В станине под стеклянной трубой установлена подсветка (лампа дневного света 14, закрытая матовым органическим стеклом 13) с выключателем 17.

3.2. Принцип действия установки.

Расходный резервуар 7 при открытии вентиля 3 заполняется водой из системы оборотного водоснабжения лаборатории до верхнего уровня переливной трубы 8. В дальнейшем открытие вентиля 3 регулируют на такой величине, чтобы объём поступающей воды обеспечивал постоянный установленный уровень в резервуаре, при любом расходе воды через трубу 12.

Вентилем 16 устанавливаются различные режимы движения воды по трубе 12. Чтобы поток воды по трубе был видимым, в него вводится краска из бачка 6 через трубку, которая заканчивается капилляром 10. Расход краски регулируется вентилем 5.

Рекомендуется применять чернила для перьевых ручек или раствор фуксина. Вода с примесью краски из бачка 19 сливается в городскую канализацию.

Определение скорости движения воды для разных режимов течения предусмотрено через измерение расхода жидкости объёмным методом, для чего установлен бачок 19 с мерным отсеком объемом 10,5 л. и вентилем 20. Для измерения небольших расходов жидкости, что соответствует ламинарному движению, применяется дополнительная мерная емкость на 1,0 л.

Рис.5. Устройство учебной установки «Гидродинамика ГД-01»

4. ОХРАНА ТРУДА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1. При проведении лабораторной работы, возможно воздействие опасных и вредных производственных факторов:

- опасный уровень напряжения в электрической цепи 220В 50Гц, замыкание которой может пройти через тело человека;

4.2. Станину установки необходимо заземлить. Клемма для защитного заземления находится на правой стенке станины (поз.22 рис. 6)

4.3. Проверьте целостность заземляющего провода учебной установки перед началом работы.

4.4. Не загромождайте рабочее место около установки.

4.5. Не опирайтесь на стеклянную трубу.

4.6. Не кладите ничего на стеклянную трубу.

4.7. К работе с использованием учебной установки, разрешается приступать после:

- прохождения инструктажа по «Инструкции по охране труда при работе студентов на учебных установках в лаборатории гидравлики и гидромашин. ИОТ-048-2005»;

- изучения методических указаний к лабораторной работе, разработанной с применением учебной установки «Гидродинамика ГД – 01»,

- изучения Руководства по эксплуатации учебной установки.

4.8. При пользовании учебной установкой для выполнения лабораторной работы запрещается:

- оставлять без присмотра работающее оборудование и электроприборы;

- эксплуатировать шнуры электропитания, провода и кабели с повреждённой или потерявшей защитные свойства изоляцией;

- пользоваться поврежденными вилками, розетками;

- тянуть шнур для отключения установки от розетки электросети (тянуть необходимо вилку электрошнура);

4.9. Следите за отсутствием течи воды на стыках труб и вентилей.

4.10. Не работайте на неисправной учебной установке.

4.11. Не включайте насосы и автоматику системы оборотного водоснабжения лаборатории, это разрешается делать только обученному персоналу лаборатории.

4.12. Лабораторную работу разрешается выполнять в соответствии с методическими указаниями к ней и только в присутствии преподавателя или учебного мастера.

Дата добавления: 2015-07-14