Лабораторная установка

Схема и описание лабораторной установки приведены в подразд. 4.3.

Порядок выполнения работы

1. С помощью крана 8 установить малую скорость движения воды в трубе.

2. Измерить температуру воды t, ^оС.

3. Повернуть на 90^о кран 9. Определить изменение уровня воды в мерном баке h, см, за время T, с, время должно быть не менее 1 минуты.

4. Записать показания пьезометров П₁ и П₂.

5. Повернуть кран 9 в исходное положение и опорожнить мерный бак 4.

6. С помощью крана 8 установить несколько бо́льшую скорость движения воды в трубе и повторить измерения. Провести 5÷7 опытов для каждой подгруппы.

Обработка результатов

1. По замеренной температуре воды t определить кинематический коэффициент вязкости, см²/с,

(5.10)

2. Определить объем воды в мерном баке за время опыта, см³,

(5.11)

3. Определить расход воды в трубе, см³/с,

. (5.12)

4. По найденному расходу Q и площади сечения трубы , см², определить среднюю скорость

(5.13)

5. Определить потери напора по длине, см,

(5.14)

6. Вычислить значения , .

7. Экспериментальные данные и результаты обработки опытов занести в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Экспериментальные данные и результаты обработки опытов

8. Построить график . Определить m_л, m_т, v_кр, Re_кр.

5.6. Контрольные вопросы

1. Как определить режим движения жидкости?

2. В чем состоит физический смысл числа Рейнольдса?

3. Доказать, что число Рейнольдса представляет соотношение сил инерции и сил вязкости.

4. Для решения каких задач необходимо знать режим движения жидкости?

5. Во сколько раз изменится число Рейнольдса, если диаметр изменить в 2 раза, а расход и температура не меняются?

6. Как изменится число Рейнольдса, если температура жидкости увеличится?

7. Возможен ли переход турбулентного режима в ламинарный при повышении температуры жидкости?

8. Возможен ли переход ламинарного режима в турбулентный при понижении температуры?

9. Как изменится скорость течения жидкости, если ламинарный режим движения жидкости перейдет в турбулентный, а температура жидкости останется постоянной?

10. Как изменится расход жидкости, если турбулентный режим движения жидкости перейдет в ламинарный, а температура жидкости останется постоянной?

Лабораторная работа № 6
ПОТЕРИ НАПОРА ПО ДЛИНЕ

Цель работы

Экспериментально определить коэффициент гидравлического трения l.

Теоретические сведения

Природа потерь напора

При движении реальной жидкости происходит торможение потока вследствие влияния вязкости и действия сил молекулярного сцепления между жидкостью и стенкой. Непосредственно на стенке скорость равна нулю. Но так как расход жидкости остается одним и тем же, то замедление движения слоев, расположенных ближе к стенкам, вызывает увеличение скорости слоев, расположенных ближе к центру трубы, достигая максимального значения на ее оси. Эпюра скоростей представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Эпюра скоростей в сечении потока

Неравномерное распределение скоростей вызывает скольжение (сдвиг) одних слоев жидкости по другим, что приводит к возникновению касательных напряжений (напряжений трения). Движение сопровождается также вращением частиц, вихреобразованием и перемешиванием. Все это требует затраты энергии, поэтому энергия движущейся вязкой жидкости не остается постоянной, а постепенно расходуется на преодоление сопротивлений и, следовательно, уменьшается вдоль потока.

Первопричиной всех потерь энергии (напора или гидравлических потерь) является вязкость, но величина гидравлических потерь определяется не только вязкостью, но и формой, скоростью движения, размерами потока и его турбулентностью.

Потери напора по длине h_l – это потери энергии, которые пропорциональны длине потока. Они существенно зависят от режима движения и равномерно распределяются вдоль потока.