Схема установки и методика измерений. Устройство №3 имеет прозрачный корпус (рисунок 4.1,а), баки 1 и 2 с успокоительной стенкой

Устройство №3 имеет прозрачный корпус (рисунок 4.1,а), баки 1 и 2 с успокоительной стенкой 3 для гашения возмущений в жидкости от падения струй и всплывания пузырей воздуха. Баки между собой соединены каналами 4 и 5 с одинаковыми сечениями. Конец канала 4 снабжён перегородкой со щелью 6, а противоположный конец канала 5 – решёткой (перегородкой с множеством отверстий) 7. Устройство №3 заполнено водой, содержащей микроскопические частицы алюминия для визуализации течения. Уровень воды в баке 2 измеряется по шкале 8.

Устройство работает следующим образом. В положениях устройства (рисунок 4.1,а,б) поступающая через левый канал в нижний бак вода вытесняет воздух в виде пузырей в верхний бак. Поэтому давления на входе в канал (на дне верхнего бака) и над жидкостью в нижнем баке уравниваются и истечение происходит под действием постоянного напора Н, создаваемого столбом жидкости в левом канале. Так обеспечивается установившееся (с постоянным во времени расходом) движение жидкости. Причём в канале 4 устанавливается ламинарный режим благодаря низким скоростям течения из-за большого сопротивления щели 6. В свою очередь малое гидравлическое сопротивление решётки 7 обеспечивает получение турбулентного течения в канале 5 за счёт больших скоростей (рисунок 4.1,б). Расход можно уменьшать наклоном устройства от себя.

В случаях, указанных на рисунке 4.1,в,г,д, в каналах 4 и 5 возникает неустановившееся (при переменном напоре и расходе) движение жидкости за счёт непосредственного соединения воздушных полостей баков. Это позволяет проследить за изменением структуры потоков в процессе уменьшения их скорости до нуля.

Работу с устройством №3 выполнить в таком порядке:

1) Создать в канале 4 ламинарный режим движения жидкости. Для этого при заполненном водой баке 1 поставить устройство №3 баком 2 на стол (рисунок 4.1,а). Наблюдать структуру потока.

2) Повернуть устройство №3 в вертикальной плоскости по часовой стрелке на 180° (рисунок 4.1,б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5.

3) При заполненном водой баке 2 поставить устройство №3 так, чтобы канал 5 (с решёткой) занял нижнее горизонтальное положение (рисунок 4.1,в). Наблюдать в канале процесс перехода от турбулентного режима движения к ламинарному. Обратить внимание, что решётка приводит к турбулизации потока за ней.

Баки; 3 – перегородка; 4, 5 – опытные каналы; 6 – щель; 7 – решётка; 8 – уровнемерная шкала

Рисунок 4.1 - Схема устройства №3

4) При заполненном водой баке 2 поставить устройство №3 так, чтобы канал 4 (со щелью) занял нижнее горизонтальное положение (рисунок 4.1,г). Наблюдать за структурой потока в баке 2 при внезапном сужении, внезапном расширении в канале за щелью и при выходе потока из канала в бак 1. Обратить внимание на циркуляционные (вальцовые) зоны, транзитную струю и связь скоростей с площадями сечений каналов.

5) При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании перегородки 3 (рисунок 4.1,д).

6) Сделать зарисовку структуры потоков для случаев, указанных в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Структуры потоков