Правила і порядок виконання віртуальної роботи. Лабораторна установка для вимірювання параметрів і подальшої побудови напірної і п'єзометричної ліній трубопроводу опору зображена на рис

Лабораторна установка для вимірювання параметрів і подальшої побудови напірної і п'єзометричної ліній трубопроводу опору зображена на рис. 1.19.

Рис. 1.19. Початковий стан установки для проведення віртуальної

лабораторної роботи №1.6

 

Кнопкою «Пуск води» запустіть процес заповнення напірного бака і труб водою. Після наповнення бака до верхнього рівня переливної воронки, приступайте до відкриття вентиля. Управляти вентилем можна як безпосередньо лівою кнопкою миші, так і клавішами клавіатури із стрілками «вгору» і «вниз». Управляючи вентилем, необхідно добитися заданого викладачем показання ротаметра, відлік проводиться по верхній кромці його поплавця. Наведенням курсору на поплавець викличте тарировочний графік і визначте по ньому витрату води Q,. На графіці по осі X відкладете показання ротаметра, а по осі Y знайдіть відповідну витрату води Q.

Пересуваючи за допомогою миші вимірювальну горизонтальну лінію і суміщаючи її з верхньою кромкою рівня води в кожному п'єзометрі, визначите за відповідною шкалою показання всіх 9-ти п'єзометрів. Для збільшення точності відліку правою кнопкою миші викличте випадне меню і збільште загальний масштаб «Zoom In». Добиваючись необхідної точності відліку, цю операцію можна повторити кілька разів. Повернутися в звичайний режим можна буде через те ж меню по команді «Show All».

Показання п'єзометрів відбиваються також в цифровому вигляді. Порівняєте їх з отриманими вимірами. Зведіть дослідні дані в таблицю і приступайте до розрахунків.

 

Лабораторна робота №1.7

Тема: «Визначення режиму руху рідини»

Мета роботи: спостереження за різними режимами руху рідини в трубі і визначення числа Рейнольдса.

Теоретична частина

При перебігу рідини можливі два режими руху: ламінарний і турбулентний. Наявність того або іншого режиму визначається співвідношенням сил, що діють в рухомій рідині, а саме, сил інерції і сил внутрішнього тертя (в'язкість). Якщо в потоці переважають сили внутрішнього тертя, то встановлюється ламінарний режим.

Відношення сил інерції до сил внутрішнього тертя характеризується так званим критерієм режиму руху (число Рейнольдса), який для напірного руху визначається співвідношенням:

(1.39)

де

d— внутрішній діаметр труби, м;

— середня швидкість руху рідини в потоці, м/с;

— кінематичний коефіцієнт в'язкості рідини, м²/с.

Кожному режиму руху відповідає певна область значень числа Рейнольдса, не залежна від властивостей рідини.

Зміна режиму (перехід ламінарного режиму в турбулентний або, навпаки, турбулентний в ламінарний) пов'язана з критичною величиною цього числа, що позначається Re_кр.

Для напірного руху в трубах (в умовах так званого внутрішнього завдання) нижнє критичне число Рейнольдса, відповідне переходу турбулентного режиму в ламінарний, слід вважати рівним 2000. Верхнє критичне число Re_кр.в, відповідне переходу ламінарного режиму в турбулентний, не є таким визначеним, як нижнє Re_кр.н; чисельне значення його можна прийняти приблизно рівним 13000...14000. Практично вважають, що для Re < Re_кр.н має місце ламінарний режим, а для Re < Re_кр.в — турбулентний режим. У інтервалі чисел Рейнольдса Re_кр.н < Re < Re_кр.в можливе існування того або іншого режимів. Зокрема, якщо в потоці існував турбулентний режим, то він існуватиме до значення Re = Re_кр.н. Якщо ж існував ламінарний режим, то він матиме місце до Re = Re_кр.в.

Часто середнє значення між Re_кр.н. і Re_кр.в приймають за критичне число Рейнольдса Re_кр; за деякими дослідними даними Re_кр.в можна вважати рівним 2320, але при цьому потрібно завжди пам'ятати про існування області зміни режиму, характеристика якої недостатньо визначена.

Швидкість руху рідини, при якій відбувається зміна режимів, називається критичною швидкістю. На відміну від критичного значення числа Рейнольдса, однакового для потоку будь-якої рідини в трубопроводі будь-якого діаметру, критична швидкість для кожної рідини має своє певне значення, залежне від діаметру трубопроводу і коефіцієнта в'язкості рідини:

(1.40)

 

Характер руху частинок при ламінарному і турбулентному режимах різний. При ламінарному режимі частинки переміщаються як би шарами по траєкторіях, паралельних між собою. При турбулентному режимі траєкторія руху частинок криволінійна і складна. Частинки при русі стикаються між собою, і відбувається досить інтенсивний процес переміщення.

Рух частинок можна зробити видимим, забарвивши потік. Таким чином, встановити режим руху можна двома методами: визначенням числа Рейнольдса і візуальним методом, спостерігаючи за рухом частинок в підфарбованому потоці.

Якщо фарба, додана до потоку, розташовується в нім у вигляді, прямої цівки, виразно видної на всьому протязі, це свідчить про паралельне переміщення частинок рідини або про наявність ламінарного режиму руху. При цьому число Рейнольдса виявляється менше критичного значення, тобто менше 2320.

Якщо фарби розмивається потоком і рівномірно забарвлює його, це свідчить про рух частинок по складних траєкторіях, що призводить до перемішування, або про наявність турбулентного режиму. При цьому число Рейнольдса — більше критичного, тобто більше 2320.

 

Порядок проведення роботи

 

Лабораторна робота за визначенням режиму руху проводиться на установці, схематично зображеній на рис. 1.20.

 

Рис. 1.20. Схема лабораторної установки

Водопровідна вода поступає в напірний бак з деяким надлишком і протікає в скляну трубу внутрішнім діаметром 26 мм, а потім в приймальний бак, звідки йде в каналізацію. У напірному баку встановлена переливна воронка і заспокійлива перегородка. Над напірним баком розташована посудина, з якої фарба по тонкій трубці поступає в скляну трубку.

Дослідження характеру руху проводиться при рівномірному русі. Як відомо, рівномірним рухом рідини називають сталий рух в трубопроводі, по довжині якого середня швидкість руху залишається постійною.

Сталий рух рідини можливий в умовах постійного напору і незмінних гідравлічних опорів системи. В цьому випадку об'ємна витрата рідини залишається постійною за часом. Постійність напору в установці забезпечується незмінним положенням вільної поверхні в напірному баку, співпадаючим з верхньою кромкою переливної воронки. Напір в даному випадку визначається вертикальною відстанню від верхньої кромки переливної воронки до вихідного перетину трубопроводу. Постійність гідравлічного опору досягається незмінним ступенем відкриття під час досліду вентиля на кінці трубопроводу.

При проведенні роботи необхідно, по можливості, виключити побічні явища, що викликають турбулізацію; так, заспокійлива перегородка призначена для локалізації обурень, що виникають в напірному баку під час вступу води.

Для початку роботи необхідно установку наповнити водою і створити рух рідини в трубопроводі, що здійснюється деякою мірою відкриття запірного крана.

Зміна швидкості руху в скляній трубці досягається різним ступенем відкриття вентиля.

Встановивши малий ступінь відкриття крана (при великому опорі), отримуємо малу швидкість руху. Одночасно з візуальним спостереженням за потоком визначається критерій режиму руху, або число Рейнольдса. Для визначення числа Рейнольдса необхідно виміряти внутрішній діаметр скляної трубки і обчислити середню швидкість потоку.

Середню швидкість рідини знаходять з рівняння нерозривності потоку. Для цього необхідно визначити витрату рідини, наприклад, об'ємним методом:

Q = V/t (1.41)

де V— об'єм, набраною в мірну посудину, рідини, м³;

t — час, с.

Звідки:

u= Q/S (1.42)

де

Q - об'ємна витрата, або об'єм рідини, що протікає через площу живого перетину в одиницю часу, м³/с;

S - живий перетин потоку, тобто перетин, розташований нормально до напряму руху, м^2;

V- середня швидкість руху рідини, м/с.

Якщо на початку досліду встановлений ламінарний режим, то подальші випробування проводять, збільшуючи швидкість руху (зменшуючи опір) до критичного її значення і далі до надкритичного, при якому існує турбулентний режим руху.

Число Рейнольдса визначають по рівнянню (1.39).

Кінематичний коефіцієнт в'язкості рідини v визначають по таблиці 1.6 залежно від t рідини.

 

 

Таблиця 1.6

t ±С	v, см2/с	t ±С	v, см2/с
	0,0178 0,0152 0,0131 0,0114		0,0101 0,0081 0,0066 0,0055

 

Значення критичної швидкості знаходять по рівнянню (2.40). Результати випробувань і остаточні розрахунки зводять в таблицю 1.7.

Таблиця 1.7

№ досліду	Результати спостережень	Обчислені величини
Режим	d, м	V, м3	t, с	t °С	S, м2	Q, м3/с	м/с	м2/с	Re	м/с