Схема установки и методика измерений
Баки; 3 – перегородка; 4, 5 – опытные каналы; 6 – щель; 7 – решётка; 8 – уровнемерная шкала Рисунок 3.1 - Схема устройства №3
Для проведения работы с устройством №3 выполнить действия:
1) Создать в канале 4 течение жидкости (рисунок 4.1,а) при произвольном наклоне устройства №3 от себя.
2) Измерить время t перемещения уровня воды в баке на некоторое расстояние S и снять показания термометра Т, находящегося в устройстве №1 или другого.
3) Рассчитать число Рейнольдса по порядку, указанному в таблице 3.1.
4) Повернуть устройство №3 в его плоскости на 180° (рисунок 4.1,б) и выполнить операции по пунктам 2 и 3.
5) Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой и затем на основе сравнения с критическим значением числа Рейнольдса сделать вывод о режиме течения
6) Заполнить таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Таблица расчёта числа Рейнольдса и определения вида течения жидкости
А = 21 см; В = 4 см; d = 1,4 см; ω = 2,5 см2 p=730 мм.рт.ст. W=25%
| Наименование величин | Обозначения, формулы | № опыта | |
| Изменение уровня воды в баке, см | S | ||
| Время наблюдения за уровнем, с | t | ||
| Температура воды, °С | T | ||
| Кинематический коэффициент вязкости воды, см2/с |  | 0,00965 | 0,00965 |
| Объём воды, поступившей в бак за время t, см3 | W=ABS | ||
| Расход воды, см3/с |  | 12,5 | |
| Средняя скорость течения в канале, см/с |  | 33,6 | |
| Число Рейнольдса |  | ||
| Название режима течения | Re (<>) Reкр=2300 | ламинарное | турбулентное |
Re1 < 2300 => течение ламинарное;
Re2 > 2300 => течение турбулентное.
С трубой и вентиляторами проводится три эксперимента замера местных скоростей потока в поперечном сечении круглой трубы.
Вентиляторы; 5 – исследуемая труба; 6 – шайба статического давления; 7 – координатник с мерной линейкой; 8 – трубка Пито; 9 – микроманометр с наклонной трубкой.
Рисунок 3.2 - Схема установки
Установка (рисунок 3.2) представляет собой четыре вентилятора 1,2,3,4, соединенных последовательно и параллельно, два шибера ш1, ш2 для переключения потоков, исследуемую трубу 5 диаметром 5 см, шайбу статического давления 6, трубку Пито 8 на координатнике 7 с мерной линейкой, микроманометр с наклонной трубкой 9.
1) Перед проведением опытов на установке измерить температуру, барометрическое давление и влажность воздуха. По полученным результатам с помощью номограмм определить плотность воздуха ρ и коэффициент кинематической вязкости ν.
2) Установить на микроманометре 9 требуемый коэффициент км
3) Последовательно передвигая координатник с трубкой Пито измерять lм на расстояниях r = 0, 5, 10, 15, 20, 23 мм от оси трубы 5 в следующих продувках:
I. – включены вентиляторы 1 и 2, шибер ш1 открыт, шибер ш2 закрыт;
II. – включены вентиляторы 1,2 и 3, шибер ш1 открыт, шибер ш2 закрыт;
III. – включены все вентиляторы, оба шибера открыты.
Результаты занести в протокол измерений.
Таблица 3.2 - Протокол измерений
t = 22°C; p = 730 мм.рт.ст; влажность =25%; ρ = 1,15 кг/м3; ν = 1.52·10-5 м2/с; kм = 0,2
| № | r, мм | l | u, м/с | Vср, м/с | Re | № | r, мм | l | u, м/с | Vср, м/с | Re | № | r, мм | l | u, м/с | Vср, м/с | Re |
| I | 14,31 | 12,9 | II | 21,86 | 19,3 | III | 26,25 | 23,86 | |||||||||
| 14,19 | 21,46 | 26,12 | |||||||||||||||
| 13,95 | 21,38 | 25,59 | |||||||||||||||
| 13,57 | 20,98 | 24,78 | |||||||||||||||
| 12,39 | 19,55 | 22,39 | |||||||||||||||
| 9,6 | 15,67 | 17,13 |
Обработка результатов
Во время опытов заполняются столбцы значений lм, а затем рассчитываются местные скорости u. Средние скорости Vср получают в результате графической обработки результатов.
По измеренным данным lм рассчитывают местные скорости согласно формуле (4.1).
(4.1),
где lм подставляют в мм водяного столба.
На миллиметровой бумаге строят эпюры скоростей для всех трех опытов в одинаковых масштабах. Определяют площадь полученных эпюр и рассчитывают среднюю скорость потока по формуле (4.2)
(4.2),
где d – размер изображения диаметра трубы на эпюре.
Рассчитанную скорость записывают в протокол (таблица 3.2) и отмечают на эпюрах скоростей.
Для каждого варианта опыта рассчитывают число Рейнольдса по формуле (4.3).
(4.3)
1) для первого опыта
Площадь эпюры S = 645
Средняя скорость Vср = 645/50 = 12,9 м/с
Число Рейнольдса Re = 12,9·0,5/152·10-5 = 4243
Vср/Vmax = 0,9
2) для второго опыта
Площадь эпюры S = 965
Средняя скорость Vср = 965/50 = 19,3 м/с
Число Рейнольдса Re = 19,3·0,5/152·10-5 = 6349
Vср/Vmax = 0,89
3) для третьего опыта
Площадь эпюры S = 1193
Средняя скорость Vср = 1193/50 = 23,86 м/с
Число Рейнольдса Re = 23,86·0,5/152·10-5 = 7849
Vср/Vmax = 0,91