Обработка экспериментальных данных. Обработка исходных величин для получения результатов производится по формулам

Обработка исходных величин для получения результатов производится по формулам, указанным в разделе "Основные теоретические положения".

Анализ полученных результатов и вывод

В анализе рассмотреть разновидности записи уравнения Бернулли для непосредственного определения скорости потока.

В выводах сделать заключения о применимости каждого метода измерения скорости потока в лабораторных условиях и на практике.

3.6 Контрольные вопросы

1) Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.

2) Принцип работы U-образного жидкостного манометра. Влияние угла наклона трубок манометра на точность измерения.

3) Принципиальное устройство чашечного микроманометра с наклонной трубкой.

4) Принцип работы анероидно-мембранных приборов и расходомера Вентури.

7) Устройства для забора статического и полного давлений.

Лабораторная работа № 4

Изучение структуры потоков жидкости

Цель и задача лабораторной работы

Цель – совершенствование навыков постановки и проведения гидравлических экспериментов, изучение методов визуализации характера течений, выявление факторов, влияющих на структуру потока.

Задача – изучить виды визуализации течения капельных и газообразных жидкостей;

– наблюдение потоков жидкости с различной структурой.

Результат работы представляется в виде рисунков структур потоков, выводов о факторах, влияющих на структуру потока.

Основные теоретические положения

Различают два основных режима течения жидкости: ламинарный (слоистый) и турбулентный (вихревой). При ламинарном режиме частицы жидкости движутся по параллельным траекториям без перемешивания, поэтому поток имеет слоистую структуру, т.е. жидкость движется отдельными слоями. Турбулентное движение характеризуется пульсацией давления и скоростей частиц, что вызывает интенсивное перемешивание жидкости в потоке, т.е. вихревое движение.

Соприкасающиеся со стенками трубы или канала частицы жидкости прилипают к ним, т.е. скорость здесь равна нулю. На расстоянии от стенок скорость нарастает до максимальной. Мгновенно это сделать не позволяет сила трения, которая оценивается коэффициентами вязкости. Более вязкая жидкость движется по трубам, как правило, с ламинарным режимом. При турбулентном течении от стенок трубы или канала отрываются отдельные жидкие массы, попадают внутрь потока и нарушают послойное движение. В результате возникает диффузия вихрей, сопровождающаяся гашением кинетической скорости вихрей, при этом механическая энергия потока переходит частично в тепловую. До сих пор ещё не создано достаточно удовлетворительной теории турбулентного движения. Это объясняется сложностью структуры турбулентного потока, внутренний механизм которого не разгадан полностью.

При резком изменении поперечного сечения или направления канала от его стенки отрывается транзитная струя, а у стенки жидкость начинает двигаться в обратном направлении, приводя к вращению жидкости между транзитной струёй и стенкой. Эта область называется циркуляционной (вальцовой) зоной.

Для изучения качественной картины потока жидкости возникает необходимость визуализации (достижения «видимости») потока. Видимая картина потока жидкости называется спектром. Спектры газовых потоков получаются с помощью дымовых труб, гидроканалов, методом «шелковинок», вязких покрытий, оптическими методами.

В дымовых трубах визуализация течения обеспечивается введением в поток воздуха струек дыма.

Метод «шелковинок» позволяет выявить «дефекты» обтекания. При безотрывном обтекании шелковинки, прикрепленные одним концом к обтекаемой поверхности, ориентированы в направлении потока. При срыве потока шелковинки колеблются и меняют направление.

На вязком покрытии тела при достаточно долгой продувке прочерчиваются «линии тока», выявляющие картину обтекания.

Оптические методы используют эффект изменения плотности воздуха (сжимаемости) при больших скоростях потока. Вблизи тела струйки потока деформируются, в них меняется скорость, а следовательно и плотность воздуха. При изменении плотности воздуха плоскопараллельный пучок света отклоняется, образуя на экране светлые или темные полосы.

Для визуализации течений капельных жидкостей применяют меченые частицы (например, частицы алюминия) или окрашенные (например, чернилами или тушью) струйки, которые показывают траектории движения множества частиц жидкости. Они ещё называются линиями тока, если течение установившееся. При установившемся (стационарном) течении осреднённые значения скорости и давления в каждой точке потока постоянны во времени. В этом случае расход, т.е. количество жидкости, проходящее через заданное сечение в единицу времени, также не изменяется во времени.

В работе применяются устройство визуализации течений и система трубопровода с несколькими вентиляторами.