Пахт Лекции. Отчет по лабораторной работе 3 Определение режима течения жидкости в трубопроводе
 Скачать 377.68 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н.Ельцина» Химико-технологический институт Кафедра «Машины и аппараты химической технологии» Отчет по лабораторной работе №3 «Определение режима течения жидкости в трубопроводе» Студент гр. Х-350003 Удинцева О. С. Преподаватель Ермаков С. А. Екатеринбург, 2017 Цель работы: сравнение наблюдаемого режима движения жидкости с ожиданием в соответствии со значением критерия Рейнольдса. Теоретическая часть: Режим движения текучей среды (жидкости или газа) является важнейшей характеристикой потока, так как он определяет закономерности большинства процессов химической технологи. Существует два режима движения – ламинарный (слоистый), при котором все струйки потока движутся по параллельным траекториям, не смешиваясь друг с другом и плавно обтекая встречающиеся препятствия и турбулентный (вихревой), при котором поток движется в виде беспорядочной массы, сильно возмущенной вихрями (рис. 1).  Рисунок 1. Распределение скоростей в трубе при различных режимах движения: а) ламинарный поток; б) турбулентный поток При турбулентном движении частицы жидкости, кроме главного движения вдоль трубопровода, имеют еще и поперечные перемещения жидкости, что оказывает существенное влияние на деформацию объемов жидкости и вследствие этого на гидравлическое сопротивление в потоке. Критерий Re является мерой соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке.  где: W – скорость среды d – диаметр трубы p – плотность μ – динамическая вязкость среды При увеличении средней скорости потока возрастает разность между скоростями соседних слоев жидкости, что вследствие наличия трения между ними обуславливает увеличение закрученного момента и, следовательно, появления вихревого движения. Уменьшение диметра способствует уменьшению длины пути смешения, т.е. пути вихря, на протяжении которого он сохраняет самостоятельно движение в общем потоке. Большая плотность обусловливает удлинение пути смешения, увеличение вязкости уменьшает длину пути смешения. Критерий Рейнольдса характеризует гидравлическое подобие потоков. Все потоки, имеющие одинаковое значение Re подобны. Для каждых конкретных условий существует некоторый диапазон значение числа Re, которое можно рассматривать как критическое значение числа Reкр, при которых и происходит смена режимов. Движение считают ламинарным, если Re < 2320, и турбулентным, если Re > 2320. При ламинарном режиме распределение скоростей по сечению потока подчиняется параболическому закону. При r = 0, т.е. на оси трубопровода, скорость максимальная  (рис.1). При турбулентном движении из-за хаотического перемещения частиц происходит выравнивание скоростей в основной массе потока. И только с приближением к стенкам скорость резко снижается вплоть до нуля. Профиль скоростей выражает распределение не истинных, а осредненных во времени скоростней. Мгновенные значения скорости в каждой точке турбулентного потока беспрерывно пульсируют и представляют собой трудно определимую случайную функцию. Описание установки:  Рисунок 2. Схема установки Вода по трубопроводу 15 подается через вентиль 8 в расходный бак 2. Излишек воды через переливную трубу 7 и трубопровод 16 сливается в канализацию. Из расходного бака 2 вода по стеклянной трубе 1 проходит через открытый кран 11 в коллектор 12, регулировочный вентиль 13, ротаметр 14 и далее сливается в канализацию. Из бутыли 5 в трубу 1 поступает краска по трубе 3 через вентиль 4. Температура воды (для нахождения её вязкости) замеряется термометром 10. Для успешного проведения опытов весьма важными условиями являются стабилизация потока в стеклянной трубе и согласование скорости истечения краски со скоростью движения воды. Для этого приняты следующие меры: а) для успокоение воды в баке 2 поставлена перегородка 6 во всю ширину бака; б) вход воды в стеклянную трубу выполнен в виде плавного сужения;б) вход воды в стеклянную трубу выполнен в виде плавного сужения; в) согласование скорости истечения краски со скоростью воды производится регулировкой подачи краски с помощью вентиля 4. Для центровки выходного отверстия трубки 3 с краской по оси стеклянной трубы 1 на крыше бака 2 смонтированной специальное регулирующее устройство. Практическая часть: Работу начинаем с установления ламинарного режима. Увеличивая постепенно скорость движения воды в стеклянной трубе, наблюдают за изменениями, происходящими с подкрашенной струйкой при разных режимах течения. После визуального изучения поведения подкрашенной струйки приступают к измерению величин, необходимых для определения числа Рейнольдса, начиная с турбулентного режима, отвечающего максимальному расходу воды, и кончая ламинарным. После проведения всех измерений проводят обработку полученных результатов. Определяют среднюю скорость движения воды в стеклянной трубе:  где: V – объемный расход воды м3/с, d – внутренний диаметр стеклянной трубы, м Результаты наблюдений, опытные и расчетные данный заносятся в таблицу:
Сечение трубы 20˟20 мм → d =  =  = 28мм = 0,028м  Определяем среднюю скорость движения воды в стеклянной трубе:    Reкр = 2320 Re1 = 481 < 2320 – ламинарный режим Re2 = 1060 < 2320 – ламинарный режим Re3 = 1639 < 2320 – ламинарный режим 2368 < Re4 = 4968 < 10000 – неустойчиво турбулентный режим Вывод: наблюдаемые режимы движения жидкости соответствуют с теоретически определенными режимами по значению критерия Рейнольдса. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
