Описание лабораторной установки. Если в газе существуют неоднородности плотности, температуры или скорости неупорядоченного движения отдельных слоев газа

Выполнение работы

Если в газе существуют неоднородности плотности, температуры или скорости неупорядоченного движения отдельных слоев газа, то происходит самопроизвольное выравнивание этих неоднородностей, возникают потоки вещества, энергии или импульса упорядоченного движения частиц, то есть наблюдаются явления переноса: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение.

Лабораторная установка для изучения явлений переноса состоит из двух модулей (рис. 5.1). В модуле I расположены две емкости, соединенные трубкой 8 (рис. 5.2). В модуле II расположен компрессор, соединенный с емкостью 6 через клапан 1 (К1) с помощью шланга 10. После включения компрессора и нажатия клапана К1 вода по трубке 8 вытесняется в сосуд 9. Мерная трубка 7 позволяет следить за уровнем жидкости в сосуде 6. Когда уровень воды в мерной трубке 7 достигает уровня 90, компрессор выключают и отпускают клапан К1. После нажатия клапана 2 (К2) выравниваются давления в сосуде 6, левом колене манометра 5 (рис. 5.2) и на «закрытом» конце капиллярной трубки 3. А на концах капиллярной трубки 3 (закрытом и открытом) создается разность давлений, которая измеряется манометром 5. Благодаря этому воздух после открытия 4 (рис. 5.2) протекает через капиллярную трубку. Объем его можно считать равным объему воды, перетекающей из сосуда 9 в сосуд 6.

Диаметр сосуда 6 d _c =0,098 м.

Длина капиллярной трубки b = 0,238 м.

Диаметр капиллярной трубки d = 0,55 10^{-3 м.}

3.2. Методика измерений и расчёта

Из закона Пуайзеля коэффициент динамической вязкости воздуха:

. (5.1)

Разность давлений находится по разности уровней воды в манометре (рис. 5.2):

.

Объем V воздуха, протекающего за время t через капиллярную трубку находим по формуле , где d _c – диаметр сосуда, – изменение уровня воды в сосуде 6 определяем по мерной трубке 7.

Радиус капиллярной трубки . С учетом вышесказанного выражение (5.1) представим в виде

. (5.2)

Средняя по сечению скорость потока воздуха в капилляре равна

. (5.3)

Число Рейнольдса, определяющее характер движения воздуха по трубке, равно

. (5.4)

Если Re<1100 – характер течения воздуха ламинарный, если 1100<Re<2000 – характер течения неустойчивый, при Re>2000 – течение газа турбулентное.

Дата добавления: 2014-12-16