Теориялық бөлім.

Инженерлік практикада кө біне қ ұ быр ө ткізгіште сұ йық тық қ озғ алысы кезіндегі энергия жоғ алту мө лшерін білу қ ажет. Энергия жоғ алтулар сұ йық тық қ озғ алысының режиміне байланысты болады. Сондық тан да қ ұ быр ө ткізгіштің бойымен ө тетін немесе қ ұ бырдың жекелеген бө ліктердегі энергия жоғ алтуды анық тау ү шін алдымен керекті қ озғ алыс режимін орнату керек. Қ ұ бырдағ ы сұ йық тар мен газдардың екі ағ ыс режимі белгілі:

- ламинарлы

- турбулентті

Осы екі қ озғ алыс режимдерінің арасында ү шінші ауыспалы режим бар.

Ламинарлы ағ ыс- сұ йық тық бө лшектерінің араласпай жә не жылдамдық тың ө згеруінсіз болатын қ абатты ағ ыс. Бұ л жағ дайда барлық ток сызық тары сұ йық тық ағ атын арна формасымен анық талады. Тұ рақ ты қ ималы тү зу қ ұ бырдағ ы сұ йық тық тың ламинарлы ағ ысы кезінде барлық ток сызық тары қ ұ быр осіне параллель бағ ытталады да, сұ йық тың кө лденең орын ауыстыруы болмайды. Сонымен ламинарлы режим ағ ыстың қ атаң бекіткен тұ рақ ты арынында реттелген болып қ алады (бірақ жалпы жағ дайда ол анық талмағ ан болуы мү мкін).

Турбулентті ағ ыс- бұ л ағ ыс сұ йық тық тың қ арқ ынды орын ауыстыруымен жә не қ ысым мен жылдамдық тың ө згеріп тұ руымен қ оса жү реді. Жекелеген бө лшектердің қ озғ алысы ретсіз сипатта болады.

Оның себебі турбулентті ағ ыс кезінде сұ йық тық бө лшектері қ ұ быр ө ткізгішті бойлай негізгі бойлық орын ауыстырумен қ атар жекелеген кө лемдерде кө лденең жә не айналмалы қ озғ алыста болады. Сұ йық тық қ озғ алысының режимі ағ ыстың орташа жылдамдық шамасына ν ср, сызық тық ө лшеміне жә не сұ йық тық температурасымен t˚ C анық талатын кинематикалық тұ тқ ырлық коэффициентімен υ анық талады.

Қ ұ быр ө ткізгіштегі сұ йық тық ағ ысы режимдерінің ө згеруі ауыспалы деп аталатын ағ ыстың белгілі жылдамдығ ында ν қ ау іске асады. Кө птеген тә жірибелерде кө рсетілгендей, бұ л жылдамдық шамасы тұ тқ ырлық тың кинематикалық коэффициентіне тура пропорционал, ал қ ұ быр диаметріне кері пропорционал

= (1)

Берілген формуладағ ы k- пропорционалдық коэффициенті кез келген диаметрлі қ ұ бырлар ү шін ә мбебап мә ндері бар. Бұ л дегеніміз ағ ыс ө згерісі жылдамдық, диаметр жә не тұ тқ ырлық арасында белгілі қ атынаста ө теді.

k= (2)

Ауыспалы жылдамдық тү рлері:

1) Ламинарлы режим турбулентті режимге ауысқ андағ ы жоғ арғ ы ауыспалы жылдамдық v_ауыс

2) Турбулентті режим ламинарлығ а ауысқ андағ ы тө менгі ауыспалы жылдамдық.

Диаграммада ү ш аймақ кө рсетілген.

1. Орнық ты ламинарлы режим аймағ ы.

2. Орнық ты турбулентті режим аймағ ы

3. Ауыспалы аймақ, онда жылдамдық шамасына қ арай турбулентті жә не ламинарлы режимдер ауысады.

Егер жылдамдық артатын болса, ауыспалы аймақ та турбулентті режим басым болады, ал егер азаятын болса ламинарлы режим болады. Екі режим де ауыспалы аймақ та тұ рақ сыз, олар ө те кіші ә серлерден бұ зылады. Ә сіресе ламинарлы режим тұ рақ сыз болып келеді. Сондық тан да практикада ауыспалы аймақ та турбулентті режим кө п қ олданылады, ал ауыспалы жылдамдық ретінде оның тө менгі мә нін алады.

1883 ж ағ ылшын физигі О.Рейнольдс ө зінің сынақ тарымен Менделеевтің ламинарлы жә не турбулентті режимдердің бар болуы туралы теориялық болжамын дә лелдеді жә не олардың белгілі физикалық шамалармен қ атынасының тә уелділігін орнатты. Бұ л қ атынас Рейнольдс саны деп аталып, дө нгелек қ ұ быр ө ткізгіш ү шін бұ л қ атынас мынадай:

Re= (3)

Бір қ озғ алыс режимінен екіншісіне ауысу ауыспалы Рейнольдс санымен жү зеге асады. Оның шамасы былай анық талады:

Rе_ауыс = (4)

Дө ң гелек қ ималы қ ұ быр ү шін ауыспалы Рейнольдс саны шамамен: Re_а=2320

Егер Re< Re_а болса, ағ ыс ламинарлы болады; егер Re> Re_а болса, онда турбулентті режим болады.

Дө ң гелек қ ұ бырдағ ы сұ йық тық қ озғ алысына жү ргізілген бақ ылаулар кө рсеткендей Рейнольдс саны Re=2320 мә нінен кіші болса, режим тұ рақ ты ламинарлы болады. Ал егер Re=4000 кө п болса, онда режим орнық ты турбулентті болады. Ауыспалы аймақ ү шін Рейнольдс санының ауыспалы мә ні ретінде ауыспалы жылдамдық тың тө менгі мә ні алынады:

1) Сұ йық тық тың дө ң гелек қ ұ бырдағ ы қ озғ алысы кезінде Re_а=2320

2) Кез келген арнадағ ы қ озғ алыс кезінде Re_а=580

Іс-тә жірибеде ламинарлы жә не турбулентті ағ ыстар қ олданылады. Біріншісі қ ұ бырда аса тұ тқ ыр сұ йық тық тар мысалы, майлайтын май ақ қ анда байқ алады. Ал екіншісі қ ұ быр ө ткізгіште бензин, керосин, спирттер, қ ышқ ылдар жә не басқ а да аз тұ тқ ырлы сұ йық тық тар ақ қ анда байқ алады.

(3) формуласына кіретін белгісіз шамалар ν орт жә не υ. Оларды сұ йық тық температурасы мен шығ ының есептеу арқ ылы табуғ а болады.

6. Зертханалық тә жірибелік стендті сипаттау

Саптама арынды кү біше 1-ден тұ рады. Оғ ан сұ йық тық шығ ыны мен жылдамдық ты реттейтін В₁ вентилі бар шыны қ ұ быр 6 жалғ анғ ан. Сұ йық тық кү біше 1-ден кү біше 2-ге ағ ады да, онда белгілі дең гей ұ сталып отырады. Сұ йық тық кү біше 1-ге 7 қ ұ быр арқ ылы беріледі. Кү бішедегі тұ рақ ты дең гейді сақ тап тұ ру ү шін қ алтқ ы (поплавок) 8 қ олданылады. Q шығ ынның шамасын кө лемдік тә сілмен ө лшейді.

Кү біше 1-дің ү стің гі жағ ында кү біше 3 орналасқ ан. Кү біше 3 сыналып отырғ ан сұ йық тық салмағ ына тең кө лемдік салмағ ы бар сырмен (краска) толтырылғ ан. Одан қ ұ быр 5 шығ ады. Оның соң ы шыны қ ұ бырдың бастапқ ы бө лігіне кіреді. Кү бішедегі сырдың берілуі В3 вентилімен реттеледі. Ө лшеулі кү біше 4-тен сұ йық тық ты ағ ызу ү шін В2 вентилі қ олданылады.

7. Тә жірибе жү ргізу мен мә ліметтерді ө ндеу реті.

1) Тә жірибені бастамас бұ рын В₁, В₂, В₃ вентилдері жабық болуы керек.

2) В₂ вентилін ашып, ө лшеулі кү біше 4-тен сұ йық тық ағ ызу.

3) 1 мен 2 кү бішедегі сұ йық тық тың бар болуын қ арау. Егер сұ йық тық болмаса немесе керекті дең гейден тө мен болса, вентилдер кө мегімен сұ йық тық ты керекті «с» дең гейге жеткізу.

4) В₃ вентилін баяу ашып, боялғ ан сұ йық тық ты шыны қ ұ быр 6-ғ а жіберу.

5) В₁ вентилін баяу ашып, сұ йық тық қ озғ алысының ламинарлы режимін орнату, яғ ни боялғ ан сұ йық тық 6 шыны қ ұ быр ө ткізгіш осіне параллель қ абатталып қ озғ алатын болуы керек.

6) В₃ вентилін жауып ө лшеулі кү біше 4 толу уақ ытын белгілеу. Толу уақ ытын 120с немесе 180с деп алу керек.

7) Кө рсетілген уақ ыт бө лігі ө ткеннен кейін В₁ вентилін жабу. Сызғ ыштың кө мегімен ө лшеулі кү бішедегі сұ йық тық дең гейін анық тау. Сұ йық тық тың ө лшеу қ орытындыларын жазып алу. Ө лшеулі кү біше жақ тары 0, 2*0, 2м.

8) В₂ вентилін ашып ө лшеулі кү бішедегі сұ йық тық ты ағ ызып жіберу.

Сұ йық тық қ озғ алысының ауыспалы жә не турбулентті режимін алу ү шін сынақ жү ргізудің тә ртібі қ айталанып отырады.

Ауыспалы режим- боялғ ан сұ йық тық тың шыны қ ұ бырды бойлай жасайтын толқ ын тә різді қ озғ алысы.

Турбулентті режим- боялғ ан сұ йық тық тың сыналып отырғ ан сұ йық тық массасымен толық араласуы.

Термометр бойынша сұ йық тық температурасы анық талады жә не кесте бойынша сұ йық тық тың кинематикалық тұ тқ ырлық коэффициенті анық талады.

Температурағ а байланысты судың тұ тқ ырлығ ының кинематикалық коэффициенті.

t, c см /c t, c cм /c

+1 0.0178 +11 0.0127

+2 0.0173 +12 0.0124

+3 0.0162 +13 0.0121

+4 0.0157 +14 0.0117

+5 0.0152 +15 0.0114

+6 0.0147 +16 0.0111

+7 0.0143 +17 0.0108

+8 0.0139 +18 0.0106

+9 0.0131 +19 0.0103

+10 0.0131 +20 0.0101

Берілген кө рсетулермен мыналар есептеледі:

а) шыны қ ұ бырдағ ы сұ йық тық жұ мсалуының формуласы

Q= ; м /c

мұ ндағ ы W-ө лшеулі кү біше кө лемі, t - ө лшеулі кү бішенің толу уақ ыты.

б) сұ йық тық қ озғ алысының орташа жылдамдығ ы

= ; м/c мұ ндағ ы S-қ ұ быр қ имасының ауданы

в) Рейнольдс саны

Re=

мұ ндағ ы -тұ тқ ырлық тың кинематикалық коэффициенті. Оның мә ні сұ йық тық температурасына байланысты кестеден алынады немесе формула бойынша есептеледі.

9. Алынғ ан Re шамасы Рейнольдс санының ауыспалы мә німен салыстырылып, қ озғ алыс режимі анық талады.

10. Ә р режим ү шін сынақ 2-3 рет ө ткізіледі.

Есептеу қ орытындылары 3.1 кестесіне енгізіледі.

1- кесте. Ө лшеулер мен есептеулер мә леметтері.

№	Атауы	Белгіленуі	Ө лшем бірлігі	Тә жірибелер
Лам.	Ауыс.	Турб.
	Қ ұ быр диаметрі	d	м
	Қ има ауданы	S	м
	Ө лшеулі кү біше кө лемі	W	м
	Ө лшеулі кү бішенің толу уақ ыты	t	с
	Сұ йық тық тың шығ ыны	Q	м /c
	Сұ йық тық қ оғ алысының орташа жылдамдығ ы		м/c
	Сұ йық тық температурасы	T	С
	Тұ тқ ырлық тың кинемати-калық коэффициенті		м /c
	Рейнольдс саны	Re

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Сұ йық тық қ озғ алысының қ андай режимдері бар, айырмашылық тары неде?

2. Сұ йық тық қ озғ алысының жоғ арғ ы жә не тө менгі ауыспалы жылдамдығ ы нені сипаттайды?

3. Ауыспалы аймақ қ андай қ ауіпті Рейнольдс санын қ абылдайды?

4. Рейнольдс санын қ алай анық тайды?

5. Рейнольдс саны сыналатын сұ йық тық тың физикалық қ асиеті мен температурасына қ алай байланысты?

6. Сынақ жү ргізу стендтегі тә жірибелік сынақ тар қ андай ретпен орындалады?

№4 зертханалық жұ мыс.