Изучение режимов движения жидкости

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Опытами установлено, что режим потока может существенно меняться с изменением различных его параметров. Если отдельные слои, струйки жидкости или газа перемещаются, не смешиваясь между собой, то режим движения потока называется ламинарным. Если частицы жидкости движутся хаотично и течение сопровождается массообменом между слоями (струйками), то режим движения называется турбулентным.

Влияние параметров потока в трубе на переход от одного режима движения к другому было установлено опытами Рейнольдса. Критерием режима течения является комплекс величин, который носит название критерия Рейнольдса и для трубопроводов имеет следующий вид:

где L - характерный размер живого сечения;

- средняя скорость движения жидкости или газа; d - диаметр трубы; ρ - плотность жидкости или газа; µ и v - соответственно динамический и кинематический коэффициенты вязкости жидкости или газа.

Существует некоторое критическое значение числа Рейнольдса Re_кp, характеризующее границу перехода от одного режима движения жидкости к другому.

Следует иметь в виду, что в различных условиях критическое значение числа Рейнольдса, строго говоря, не одинаково. Так, например, оно снижается, если труба, ограничивающая поток, подвержена вибрациям или если в потоке имеется источник возмущения; при переходе от ламинарного режима к турбулентному числоРейнольдса выше, чем при обратном переходе и т.д. Для движения потоков жидкости в трубах
Re_кp = 2320.

Цель работы: визуальное наблюдение за движением жидкости в стеклянной трубке и вычисление критерия Рейнольдса для наблюдаемых режимов.

Для визуального наблюдения в поток жидкости вводится струйка подкрашенной жидкости, которая при ламинарном режиме движется в виде отдельной струйки, а при турбулентном размывается в потоке.

Экспериментальная установка (рис. 2) состоит из двух металлических баков 2 и 9, соединенных стеклянной трубой 13. Поток по ней движется из бака 9 в бак 2.

Поступление воды из водопровода в бак 9 регулируется краном 8. Регулирование расхода воды в трубе 13 осуществляется краном 1. Для обеспечения устойчивого движения потока по трубе 13 необходимо, чтобы перепад уровней жидкости в баках 2 и 9 оставался во время каждого замера одинаковым. С этой целью в баке 9 установлен водослив 7 со сливной трубой 11.

Водослив позволяет сбрасывать излишки воды и тем самым обеспечивать постоянство уровня воды на входе в стеклянную трубу 13.

Для контроля уровня воды в баке 9 служит водомерная трубка 12. С целью снижения начальной степени возмущений потока при входе в трубу бак 9 разделен перегородкой 10, позволяющей существенно успокоить поток перед входом в трубу.

Для наблюдений структуры потока при различных режимах его движения в трубу 13 по трубке 5 из бачка 3 вводится подкрашенная жидкость, обладающая почти такими же свойствами, что и вода. Поступление подкрашенной жидкости через загнутый под прямым углом конец трубки 5 в трубу 13 регулируется краником 4.

Температура воды при определении кинематического коэффициента вязкости измеряется термометром 6.

Расход движущейся жидкости в трубе 13 определяется отношением объема воды в мерном баке 14 к времени его заполнения. Объем воды в мерном баке 14 определяется произведением площади его поперечного сечения (S_б = 0, 077 м²) и разностей уровней жидкости в водомерной трубке 15. Время заполнения бака 14 фиксируется секундомером. Опорожнение осуществляется открытием крана 16.

При выполнении этой лабораторной работы производится три опыта, в каждом из которых необходимо сделать по три замера.

1. Открытием кранов 1 и 4 создается ламинарный режим движения жидкости (подкрашенная струйка по всей длине трубы 13 не размывается).

2. Наполнив бак 14 на заданный преподавателем уровень, остановить секундомер и закрыть кран 16.

5. Записать время заполнения бака, объем воды и ее температуру.

Все замеры при этом режиме произвести еще два раза. При замерах кран 4 можно перекрыть.

1. При открытом кране 4 медленно открывать кран 1, постепенно увеличивая скорость воды в трубке 13 до тех пор, пока подкрашенная струйка не приобретет волнообразную форму.

1. Постепенно открывая кран 1, увеличивать скорость воды в трубе 13 до полного размыва струйки подкрашенной жидкости (развитый турбулентный режим).

где W_i - объём воды в мерном баке при i - м измерении, м³; t_i - время заполнения бачка при i - м измерении, с.

Кинематический коэффициент вязкости вычисляется методом интерполяции по формуле:

где Θ - измеренное значение температуры воды; Θ _i и Θ _i₊₁ - соответственно температуры, для которых температура Θ является промежуточной и которым соответствуют следующие значения кинематического коэффициента вязкости:

v_i и v_i_+l - соответственно значения кинематических коэффициентов вязкостей воды, соответствующие значениям температур Θ _i и Θ _i₊₁.

Число Рейнольдса для каждого из режимов вычисляется по формуле (2.1) или по формуле:

где d - внутренний диаметр стеклянной трубы стенда.