Описание опытной установки

Принципиальная схема специализированной установки для изучения уравнения Бернулли приведена на рисунок 2.1. Она включает напорный резервуар, трубопровод с экспериментальным участком,

мерный бак. Экспериментальный участок - переменного сечения (плавное расширение переходит в плавное сужение), смонтирован горизонтально. В его пяти характерных сечениях установлены ниппели статического давления (для определения пьезометрического напора) и гидрометрические трубки (для определения полного напора), которые короткими резиновыми шлангами соединены с пьезометрами. Для снятия показаний последние снабжены сантиметровой шкалой. Расход воды в трубопроводе устанавливается вентилем и определяется объемным способом с помощью мерного бака.

Универсальный стенд (рисунок 2.2) имеет такую же конструктивную схему. Его отличительная особенность – наклонно установленный трубопровод с прозрачной вставкой из оргстекла в виде внезапного сужения - расширения. В контрольных сечениях экспериментального участка установлены ниппели статического давления, соединенные шлангами с пьезометрами.

Порядок проведения работы

а) напорный бак заполняют водой до постоянного уровня;

б) кратковременным открытием вентиля экспериментального трубопровода установку приводят в действие (2-3 раза) для удаления из нее воздуха. При закрытом вентиле уровень воды в пьезометрах должен быть одинаковый;

в) в трубопроводе устанавливают расход жидкости, обеспечивающий наглядность наблюдений, и для заданного режима определяют:

- показания пьезометра;

- время заполнения мерного бака.

Обработка опытных данных

При работе на специализированной установке по данным измерений вычисляют:

- средний за время опыта расход воды

Q = W/T, (2.2)

где W – объем мерного бака, заполняемый за время Т;

- среднюю по сечению скорость движения

u = Q/w, (2.3)

где w – площадь поперечного сечения трубопровода;

- скоростной напор

а) по показаниям приборов

Н^'_ск = Н – Н_п, (2.4)

где Н, Н_п – соответственно полный и пьезометрический напоры;

б) по средней скорости

Н_ск = au²/2g, (2.5)

- потери напора между сечениями

h_1-2 = Н₁ – Н₂ (2.6)

где Н₁, Н₂ – полные напоры в смежных сечениях.

Данные измерений и вычислений представляют в форме таблицы 2.1.

Таблица 2.1. Определение напоров

№ сечения	Данные измерений	Данные вычислений
W, л	Т, с	Н, м	Нп,м	Q,л/c	u, м/с	Н'ск, м	Нск, м	h1-2,м

При работе на универсальном стенде расход Q и среднюю скорость u находят аналогично. Затем вычисляют скоростной напор Н_ск=au²/2g (принимают a»1) и полный напор Н = Н_п+Н_ск.

Результаты опыта представляют в форме таблицы 2.2.

Таблица 2.2. Определение напоров

№ сечения	Данные измерений	Данные вычислений
W, л	Т, с	z, м	Нп, м	Q,л/c	u,м/с	Нск, м	Н, м	h1-2,м

На миллиметровой бумаге вычерчивают схему экспериментального участка, наносят контрольные сечения и для них по данным таблицы 2.1 или таблицы 2.2 вертикально вверх в масштабе откладывают значения пьезометрического и полного напоров. Соединив концы отрезков, получают напорную и пьезометрическую линии.

Анализ результатов. Выводы по работе

Приводится анализ графика напоров. Дается заключение о характере изменения вдоль потока полного, пьезометрического и скоростного напоров с соответствующими пояснениями.

КонтРольные вопросы

1. В чем заключается физический смысл уравнения Бернулли?

2. Поясните понятия геометрического, пьезометрического и полного напоров?

3. Как можно рассчитать и опытным путем найти пьезометрический, скоростной и полный напоры?

4. Что показывают напорная и пьезометрическая линии?

5. Чем обусловлен характер изменения вдоль потока полного, пьезометрического и скоростного напоров?

6. За счет какой энергии движущейся жидкости преодолеваются гидравлические сопротивления?

Лабораторная работа №3

Изучение режимов движения жидкостей

Общие сведения

При движении жидкости в трубопроводе (канале) возможны два режима течения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим характеризуется слоистым, упорядоченным движением, при котором отдельные слои жидкости перемещаются относительно друг друга, не смешиваясь между собой. Струйка краски, введенная в ламинарный поток воды, не размывается окружающей средой и имеет вид натянутой нити.

Для турбулентного режима характерно неупорядоченное, хаотическое движение, когда частицы жидкости перемещаются по сложным, все время изменяющимся траекториям. Наличие в турбулентном потоке поперечных составляющих скорости обуславливает интенсивное перемешивание жидкости. Окрашенная струйка в этом случае самостоятельно существовать не может и распадается в виде завихрений по всему сечению трубы.

Опытами установлено, что режим движения зависит от средней скорости u, диаметра трубы d, плотности жидкости r и ее абсолютной вязкости m. Для характеристики режима принято использовать совокупность этих величин, составленных определенным образом в безразмерный комплекс – число Рейнольдса

Re = , (3.1)

где n = m/r - кинематический коэффициент вязкости.

Число Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного течения к турбулентному, называется критическим и обозначается Re_кр. Следует подчеркнуть, что в силу неустойчивости течения жидкости на границе ламинарного и турбулентного режимов величина Re_кр не является строго определенной. Для цилиндрических труб при движении воды с учетом условий входа потока, шероховатости стенок, наличия первоначальных возмущений Re_кр=580-2000. В расчетах обычно принимают Re_кр»2300.

При Re<Re_кр режим движения ламинарный, а при Re> Re_кр – турбулентный.

В большинстве технических приложений, связанных с движением маловязких сред (вода, воздух, газ, пар), реализуется турбулентный режим – системы водоснабжения, вентиляции, газоснабжения, теплоснабжения. Ламинарный режим имеет место в пленочных теплообменниках (при стекании конденсатной пленки под воздействием силы тяжести), при фильтрации воды в порах грунта, при движении вязких жидкостей по трубопроводам.

Цель работы

Визуальными наблюдениями установить характер движения жидкости при различных режимах; усвоить методику расчетного определения режима давления; для опытной установки определить критическое число Рейнольдса.