Контрольные вопросы

1. В чем заключается энергетический смысл слагаемых уравнения Д. Бернулли.

2. Как называется коэффициент , входящий в уравнение Д. Бернулли для потока реальной жидкости, что он учитывает и от чего зависит?

3. Чем обусловлены потери полного напора и каков их энергетический смысл?

4. Дайте определение понятия «удельная энергия».

5. Дайте определения понятий «местная скорость» и «средняя по сечению скорость».

6. Как определяются экспериментально местную скорость и среднюю по сечению скорость?

7. Что такое скоростная трубка?

8. Что такое трубка Пито?

9. Что такое линия полного напора и пьезометрическая линия?

10. Что представляют собой эти линии при равномерном движении реальной жидкости?

11. Дайте определение понятия «живое сечение потока жидкости».

Лабораторная работа 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО И ТУРБУЛЕНТНОГО РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ЗАКОНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И КРИТИЧЕСКОЕ ЧИСЛО  РЕЙНОЛЬДСА

Цели работы: 1. Убедиться на опыте при окрашивании струйки воды в стеклянной трубе в существовании ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости;

2. Вычислить по данным опытов значения числа Рейнольдса при ламинарном и турбулентном режимах, сравнить их с критическим значением, убедиться, что при ламинарном режиме Rе < Re_кр, а при турбулентном Re > Re_кр;

3. Построить по опытным данным график lg h_e = f (lg υ), определить с его помощью критическую скорость υ _кр, а через нее вычислить Re_кр = 2320;

4. Подтвердить с помощью графика lg h_l   f (lg ), что при ламинарном режиме потери напора по длине h_l пропорциональны средней скорости в первой степени, а при турбулентном – в степени 1,75  m  2.

Теоретические положения

Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что движение жидкости может происходить или при ламинарном, или при турбулентном режиме.

Ламинарный режим наблюдают при небольших скоростях, когда окрашенные струйки жидкости не перемешиваются, сохраняясь по всей длине потока, т.е. движение жидкости при ламинарном режиме – струйчатое, перемешивание слоев жидкости отсутствует.

Турбулентный режим наблюдают при значительных скоростях. Он характерен интенсивным перемешиванием жидкости; при этом скорости и давления пульсируют.

Средняя скорость потока, при которой происходит смена режима движения жидкости, называется критической (υ _кр). Как показывают опыты в трубопроводах круглого сечения, ее значение зависит от рода жидкости, характеризуемого динамической вязкостью , плотностью ρ, и от диаметра d трубопровода. Одновременно опытами установлено, что безразмерный алгебраический комплекс, отвечающий критической скорости υ_кр, равен

(3.1)

и не зависит от ,  и d.

Число Re_кр(d) = 2320 называется критическим числом Рейнольдса.

Устойчивый ламинарный режим наблюдается при значениях числа Рейнольдса , а турбулентный – при Re_(d) > Re_кр (d).

Таким образом, число Рейнольдса

(3.2)

является критерием, позволяющим судить о режиме движения жидкости в круглой трубе, работающей полным сечением.

Параметр  = /, входящий в формулы (3.1) и (3.2), называют кинематическим коэффициентом вязкости жидкости.

Из изложенного следует, что для определения режима движения жидкости в круглом трубопроводе при напорном движении жидкости достаточно по формуле (3.2) вычислить число Рейнольдса и сравнить его с критическим значением.

Знание режима движения жидкости необходимо для правильной оценки потерь напора (рис. 3.1).

Рис. 3.1. График зависимости потерь напора по длине круглой трубы h_l от средней скорости υ жидкости в логарифмической системе координат

При ламинарном режиме потери напора h_l пропорциональны средней скорости v в первой степени, а при турбулентном – в степени 1,75 < m > 2,0. Заметим, что с помощью этого графика определяют значение критической скорости v_кр, а через нее – и критическое число Рейнольдса по формуле (3.1).