Общие сведения. Порядок выполнения работы

РАБОТА 6. ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Порядок выполнения работы

Общие сведения

Критерием режима течения является число Рейнольдса Rе = Vd / n, (4.1)

где V – средняя скорость потока;

d – внутренний диаметр трубы (канала);

n – кинематический коэффициент вязкости жидкости.

В инженерной практике режим определяют путем сравнения числа Рейнольдса Rе с его критическим значением Rе_к, соответствующим смене режимов движения жидкости. Для равномерных потоков жидкости в трубах (каналах) круглого сечения принимают Rе _к = 2300. Режим считается ламинарным, если Rе < Rе _к, и турбулентным при Rе ³ Rе _к.

Из выражения (4.1) следует, что числа Рейнольдса малы и, следовательно, режим ламинарный, при низких скоростях течения в каналах незначительного поперечного сечения (в порах грунта, капиллярах) или при движении жидкостей с большой вязкостью (нефть, масло, битумы).

Турбулентный режим в природе и технике встречается чаще. Его закономерностям подчиняется движение воды в реках, ручьях, каналах, системах водоснабжения и водоотведения, а также течение бензина, керосина и других маловязких жидкостей в трубах.

1. Создать в канале 4 течение жидкости (рис. 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.

3. Подсчитать число Рейнольдса по порядку, указанному в табл. 5.1.

4. Повернуть устройство в его плоскости на 180⁰
(рис. 4.1, б) и выполнить операции по п.п. 2, 3.

5. Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой и затем на основе сравнения с критическим значением сделать вывод о режиме течения.

Таблица 5.1

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	№ опыта
1.	Изменение уровня воды в баке, см	S
2.	Время наблюдения за уровнем, с	t
3.	Температура воды, ^0 С	Т
4.	Кинематический коэффициент вязкости воды, см^2/с	n = 17.9/(1000 + 34Т + 0.22Т^2)
5.	Объем воды, поступившей в бакзавремя t, см^3	W = А В S
6.	Расход воды,см^3/с	Q = W/ t
7.	Средняя скорость течения в канале, см/с	V = Q/ w
8.	Число Рейнольдса	Rе = Vd/ n
9.	Название режима течения	Rе (<, >) Rек= 2300

А =... см; В =... см; d =... см; w =... см²

Примечание. Размеры поперечного сечения бака (А, В), гидравлический диаметр d и площадь поперечного сечения w опытных каналов указаны на корпусе устройства № 3.

Цель работы. Опытное подтверждение уравнения Д. Бернулли, т.е. понижения механической энергии по течению и перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно (связи давления со скоростью).

Уравнение Д. Бернулли выражает закон сохранения энергии и для двух сечений потока реальной жидкости в упрощенном виде записывается так:

Р₁/(rg) + V₁²/(2g) = P₂/(rg) + V₂²/(2g) + h_ТР,

где Р – давление; V – средняя скорость потока в сечении; r - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; h_ТР - суммарные потери напора на преодоление гидравлических сил трения между сечениями 1-1 и 2-2; индексы «1» и «2» указывают номер сечения, к которому относится величина.

Слагаемые уравнения выражают энергии, приходящиеся на единицу веса (силы тяжести) жидкости, которые в гидравлике принято называть напорами: Р/(rg)=Н_п - пьезометрический напор (потенциальная энергия), V²/(2g)=Н_к - скоростной напор (кинетическая энергия), Р/(rg) + V²/(2g) = H - полный напор (полная механическая энергия жидкости), h_ТР - потери напора (механической энергии за счет ее преобразования в тепловую энергию). Такие энергии измеряются в единицах длины, т.к. Дж/Н = Нм/Н = м.

Из уравнения следует, что в случае отсутствия теплообмена потока с внешней средой полная удельная энергия (включая тепловую) неизменна вдоль потока,и поэтому изменение одного вида энергии приводит к противоположному по знаку изменению другого. Таков энергетический смысл уравнения Бернулли. Например, при расширении потока скорость V и, следовательно, кинетическая энергия V²/(2g) уменьшаются, что в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенциальной энергии Р/(rg). Другими словами, понижение скорости потока V по течению приводит к возрастанию давления Р, и наоборот.

Дата добавления: 2014-10-31