2 Описание установки и методика выполнение работы

2.1 Установка (рисунок 2.2) включает в себя расположенную горизонтально стеклянную трубу 2 (d = 0,9 см), в которой и изучается движение воды при различных режимах, напорный бак 1, емкость 6 с раствором красителя, подаваемого открытием краника по трубке во входное сечение трубы 2. Для измерения расхода воды в трубе 2 служит мерная емкость 5 и секундомер 7.

Вода в напорный бак 1 подается по питающему трубопроводу. Для поддержания уровня воды в баке 1во время опытов на постоянной отметке имеется переливное устройство. Температура воды в баке 1 измеряется термометром.

Регулирование расхода воды, следовательно, и средней скорости ее движения в трубе 2, осуществляется краном 4. На опытной трубе 2 имеются пьезометры 3 для определения потерь напора по длине (по разности их показаний).

Рисунок 2.2 ─ Схема и состав лабораторной установки

2.2 Выполнение работы

Опыт №1. Исследование характера движения жидкости в трубе.

1. Открыть вентиль на трубопроводе и наполнить водой бак 1 настолько, чтобы переливное устройство начало работать.

2. Открыть незначительно кран 4 на опытной трубе 2, чтобы скорость движения воды в ней была небольшой (вода из трубы 2 должна течь тонкой струйкой).

3. Приоткрыть краник и подать из емкости 6 в трубу 2 небольшое количество раствора красителя, чтобы окрашенная струйка воды представляла собой отчетливо выраженную нить по всей длине трубы.

4. Измерить с помощью мерного сосуда 5 и секундомера 7 расход воды Q в трубе таким, чтобы время наполнения составляло не менее 20…30 секунд.

5. Измерить температуру воды в баке 3 термометром.

6. Результаты измерений записать в таблицу 2.1.

7. Увеличить открытием крана 4 скорость движения воды в трубе 2, но так, чтобы окрашенная струйка жидкости сохранялась, т. е. чтобы режим остался ламинарным, и, выполнив аналогичные измерения, что и в первом опыте, записать их результаты в таблицу 2.1.

8. Дальнейшим увеличением открытия крана 4 создать в трубе 2 турбулентный режим (об этом будет свидетельствовать интенсивное перемешивание с водой раствора красителя, подачу которого следует увеличить, чтобы эффект был ярче) и выполнить третий и четвертый опыты так, как описано выше. После чего закрыть краник, подающий краситель и кран 4. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 ─ Результаты измерений и вычислений

№	Наименование и обозначения измеряемых и вычисляемых величин	Номер опыта
		Ламинарный режим		Турбулентный режим
		1	2	1	2	3	4	5
1	2	4	5	6	7	8	9	10
1	Объём воды в мерном сосуде , см3
2	Время наполнения объёма , с
3	Расход воды , см3/с
4	Внутренний диаметр стеклянной трубы , см
5	Площадь поперечного сечения трубы , см2
6	Средняя скорость движения воды , см/с
7	Температура воды, С
8	Кинематический коэффициент вязкости воды (по справочнику), см2/с
9	Число Рейнольдса
10	Критическое число Рейнольдса (по справочнику)

Опыт № 2. Найти зависимость потерь напора по длине трубопровода _{от средней скорости движения жидкости.}

1. Сделать ещё девять аналогичных опытов, увеличивая в каждом после дующем опыте открытие крана 4 так, чтобы разность показаний пьезометров 3 (потеря напора по длине ) при этом возрастала примерно в 1,5…1,6 раза. Результаты измерений записать в таблицу 2.2.

2. Выполнить все вычисления, предусмотренные таблицами 2.1 и 2.2.

2.3 Обработка результатов эксперимента

1. Построить в масштабе по данным таблицы 2.2 график (рисунок 2.3) и определить с его помощью критическую скорость , а через неё и , а также показатели степени и и коэффициенты пропорциональности и .

2. Дать заключение по результатам работы.

Таблица 2.2 ─ Результаты вычислений

№ позиций	Наименование и обозначения измеряемых и вычисляемых величин	Номера опытов
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	Объём воды в мерном сосуде , см3
2	Время наполнения , с
3	Расход воды , см3/с
4	Внутренний диаметр трубы , см
5	Площадь поперечного сечения трубы , см2
6	Средняя скорость потока , см/с
7	Логарифм средней скорости
8	Отметка уровня воды в пьезометре 1,
9	Отметка уровня воды в пьезометре 2,
10	Потеря напора по длине
11	Логарифм потерь напора по длине
12	Температура воды, С
13	Кинематический коэффициент вязкости воды (по справочнику), см2/с

Рисунок 2.3 ─ Зависимость потерь напора от средней скорости

в логарифмических координатах

ОСНОВНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите режимы движения жидкости и укажите их характерные особенности.

2. Поясните, что такое критерий Рейнольдса, и назовите факторы, от которых он зависит.

3. Поясните, что такое критическое число Рейнольдса?

4. Поясните, каким образом при гидравлических расчётах определяют режим движения жидкости и, с какой целью?

5. Поясните, что такое критическая скорость, от каких факторов она зависит и как её определяют?

6. Напишите и поясните аналитические зависимости потерь напора по длине от средней скорости потока при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости.

7. Изобразите график зависимости потерь напора по длине от средней скорости (в логарифмических координатах) и дайте пояснения к нему.

Лабораторная № 3