Definiția modurilor de conducere de lichid - lucrări de laborator, pagina 1
observarea vizuală a regimurilor laminare și turbulente de mișcare fluidă.
Stăpânirea metodă de calcul pentru determinarea regimului de curgere.
Studiul practic al mișcării de cădere și a fluidelor gazoase arată că există două regimuri de curgere în mod fundamental diferite: laminar și regimuri turbulente.
Existența a două moduri de conducere brusc distincte de lichid a fost descoperit în 1839 și 1854. inginer german - hidromecanică Hagen; fizician britanic O. Reynolds în 1883 a confirmat empiric acest fapt.
Modul laminară (de la cuvântul latin lamina - strat) se caracterizează printr-un strat peste lichid fără agitare și fără o viteză a particulelor și a fluctuațiilor de presiune. În acest mod, nici o mișcare fluidă deplasare transversală fluidizează limite pat complet determinate prin care curge lichid. În flux laminar cap constant este comandat de debit strict constant (în cazul general, este posibil regim de curgere tranzitoriu). flux laminar nu poate fi numit flux irrotational, deoarece odată cu mișcarea de rotație alternativă se produce particule lichide distincte relative centre instantanee de rotație cu o anumită viteză unghiulară, dar individul în vârtejuri de flux laminar sunt suprimate forțele de viscozitate.
Modul de mișcare laminară apare cel mai frecvent în practică, fluxul de lucru este deosebit de lichide vâscoase (ulei, ulei mineral, bitum, ulei, etc.), la viteze de curgere scăzute în canalele de secțiune transversală minoră (mișcarea apei prin porii solului, capilarelor și altele asemenea) .
Regimul turbulent (din turbulentus Latină - murdar) se caracterizează printr-o mișcare haotică, dezordonată a particulelor de lichid individuale de rotație intensă, formarea vortex transversal și amestecare fluctuații de timp în domeniul vitezei și câmpului de presiune în orice punct din spațiu ocupat de curgerea turbulentă. În general, atunci când un lichid tulbure se mișcă înainte mod, cu toate acestea, particulele constituente au nu numai axial, dar, de asemenea normal componentele axelor canal ale vitezei vectorului, astfel încât se deplasează particulele lichide individuale reprezintă spațială traiectorie pe termen nelimitat curbe.
mișcare turbulentă în natură și tehnologia este laminară mai frecvente, deoarece, în practică, există condiții de obicei suplimentare care să conducă la curgere turbulenta, -. Flow neuniformă, locală hidraulică rezistență, vibrații și așa mai departe regim de curgere turbulentă se observă în cazul conducerii lichide cu viscozitate redusă (benzină, kerosen, alcool, acid, etc.), în cele mai multe cazuri, de irigare și drenaj și practica inginerie hidraulică (mișcarea apei în conducte, canale, râuri și altele asemenea).
Criteriul care permite determinarea regimului de curgere a fluidului, este numărul Reynolds - este o măsură a similarității hidrodinamic că, din punct de vedere fizic reprezintă raportul de forțe de inerție și viscoase și este definită prin următoarea relație:
unde V - viteza de curgere medie, m / s; R = / P - raza hidraulică - efectiv transversală raportul suprafață secțiune a perimetrului umectată la n, m; - cinematică vâscozității fluidului coeficient m 2 / s.
Pentru tuburi rotunde cu diametrul d numărul lui Reynolds ia forma următoare:
Aici d - diametrul interior al conductei, m.
Modificarea unui mod de curgere a fluidului are loc discontinuă și altele, din cauza faptului că un singur flux devine instabil, iar altul - devine. În practică de inginerie, regimul de curgere este determinat prin compararea numărului Reynolds cu valoarea critică. Există două valori de numere: numărul critic inferior Reynolds și numărul Reynolds critic superior.
Când Reynolds flux laminar este destul de stabil: turbulența fluxului de artificiale si perturbatii sunt suprimate influența forțelor vâscoase și laminar din nou restaurat.
Când mișcarea Reynolds ar fi turbulentă numai.
La numere Reynolds (așa-numita „zonă de tranziție“ sau „critică“), în egală măsură ambele moduri: debitul poate fi fie laminar sau turbulent. schimbare de regim laminar Cu toate acestea, în acest interval de numere Reynolds este extrem de fragilă: este suficient de curgere mai mică perturbare și regimul laminar „distrus“ și devine turbulent (de exemplu, împinge, etc.). întotdeauna a crezut în calculele practice, a existat o zonă de tranziție turbulentă.
Pentru majoritatea sistemelor hidraulice care funcționează în condiții de producție reale, stabilesc următoarele valori critice comune ale numărului Reynolds:
numărul lui Reynolds critic inferior = 2300;
număr critic superior Reynolds = 4000.
Ordinea de performanță
1. Scoateți termometrul t, 0 C, № localizat în dispozitivul 1 (vezi. Fig. 1) și pentru a determina viscozitatea cinematică
2. Crearea unui canal 4 pentru lichidul de la un arbitrar înclinarea dispozitivului din № 3 însuși (a se vedea. Fig. 4a).
3. Se măsoară timpul (în secunde) deplasarea nivelului apei în rezervor printr-o distanță H.
4. Datele de măsurare pentru a defini:
a) rata de curgere prin următoarea relație
Valorile numerice ale secțiunii transversale a rezervorului A și B sunt determinate de placa de pe dispozitivul № 3.
b) viteza medie de curgere (valoarea aria secțiunii transversale și diametrul d pentru calculele ulterioare determinate de placa de pe dispozitivul № 3)
c) ecuația numărul lui Reynolds (2).
5. Turn № dispozitivului 3 în planul său de 180 0 (vezi. Fig. 4b) și se repetă experiența pp 3 ... 5.
6. Datele experimentale înregistrate în tabel. 8 (a se vedea. Anexa).
7. Pentru a trage concluzii cu privire la acest lucru.
Observarea lichidului fluxuri cu structură diferită și factorii de identificare care influențează structura.
Există două moduri de curgere a fluidului: laminar (stratificat) și turbulent (vortex).
În modul linie flux laminar sunt complet determinate de forma canalului prin care curge lichid. Particulele de fluid se deplaseze de-a lungul căi paralele, nici o mișcare transversală, astfel încât fluxul are o structură stratificată. flux laminar este un cap bine ordonat și constantă - flux strict constant, deși nu poate fi numit irrotational: simultan cu mișcarea de translație are loc o mișcare de rotație a particulelor individuale ale fluidului în ceea ce privește centrele sale instantanee de rotație.
Atunci când o mișcare de curgere turbulentă a particulelor individuale dintr-un lichid ca o mișcare haotică, dezordonată a moleculelor de gaz, astfel încât mișcarea fluidului este, de asemenea, în general, aleator în natură. In curgerea turbulentă a vectorului de viteză nu numai axial, ci normal componentele axelor de canal, astfel încât, împreună cu principalele mișcarea longitudinală mișcare lichid substanțial transversală și mișcarea de rotație a volumelor individuale de fluid, ceea ce conduce la un vortex shedding flux intens ca întreg. amestecare încrucișată lichid determină presiune pulsație și viteza la care parametrii de mai sus în orice punct al fluxului se schimbă constant în timp.
Atunci când o schimbare bruscă în secțiune transversală sau direcția canalului peretelui său separă jet de tranzit. Inelar prostanstvo jet între tranzit și peretele canalului este format dintr-o zonă intens vortex shedding - circulația (cu role) zona.
Pentru observarea vizuală a modelului de curgere utilizat, particulele marcate (de exemplu, particule de alumină) sau colorat (de exemplu, cerneală sau cerneală) fluxuri. La starea de echilibru (starea de echilibru) în timpul liniei curente coincide cu traiectoria particulei și nu modificările de formă a lungul timpului, valorile medii ale vitezei și presiunii în fiecare punct al fluxului este de asemenea constantă în timp. În acest caz, viteza de curgere, adică cantitatea de fluid care trece prin secțiunea predeterminată în unitatea de timp, de asemenea, se modifică în timp.
Dispozitiv Descriere № 3
№ aparat 3 are o carcasă transparentă (fig. 4), rezervoarele 1 și 2, cu un perete de perturbație 3 stilling călire în jeturilor de fluid de cădere și plutitoare bule de aer. Rezervoarele sunt conectate prin conducte 4 și 5 din aceleași secțiuni. Capătul peretelui canalului 4 este prevăzut cu o fantă 6, iar capătul opus al conductei 5 - zăbrele (cu o multitudine de găuri de partiție) 7. Dispozitiv umplut cu apă care conține particule de alumină microscopice pentru vizualizare a fluxului. Nivelul apei din rezervorul 2 este măsurat pe o scală de 8.
Aparatul funcționează după cum urmează. Pozițiile dispozitivului prezentat în Fig. 4, a, b, care intră prin canalul stânga la rezervorul de apă inferioară dislocă aer sub formă de bule în rezervor superior. Prin urmare, presiunea la intrarea canalului (în partea inferioară a rezervorului superior) și deasupra lichidului din rezervor inferior sunt egalizate și expirație are loc sub influența unui cap constant H, generată coloană de lichid în canalul din stânga. Acest lucru asigură constant (debit constant în timp) a mișcării fluidului. Mai mult decât atât, în canalul 4 este stabilit regim de curgere laminară, datorită vitezelor de curgere scăzute datorită decalajului ridicat de rezistență 6. La rândul său, rezistența hidraulică scăzută a zăbrele 7 asigură o curgere turbulentă în canalul 5, datorită vitezelor mari (vezi Fig. 4b). Consumul poate fi redus prin înclinarea dispozitivului în sine.
În cazurile menționate în Fig. 4, a, d, e în canalele 4 și 5 există instabilă (cu presiune variabilă și debit) deplasarea fluidului datorită rezervoare de aer cavități directe compuse. Acest lucru vă permite să urmăriți schimbarea structurii fluxurilor în procesul de reducere a vitezei lor de la zero.
Caracterizat printr-un coeficient de dilatare termică de expansiune volumetrică [1 / C 0], care este modificarea relativă a volumului cu schimbările de temperatură cu 1 grad și presiune constantă:
unde t - schimbarea temperaturii.
Vâscozitatea este o proprietate a lichidului rezista schimbare (alunecare) a straturilor sale (sau particule). Viscozitatea dă naștere la forțe de frecare interne între straturile adiacente de fluid care curge la viteze diferite. Se caracterizează gradul de curgere a fluidului, mobilitatea particulelor sale. Odată cu creșterea presiunii viscozitatea fluidului crește. Cu toate acestea, dependența de presiune a viscozității este importantă numai la presiuni mari diferentiale (zeci de mPa). În toate celelalte cazuri, efectul presiunii asupra viscozității nu poate fi ignorată. Deoarece temperatura creste viscozitatea lichidului scade semnificativ și vâscozitatea gazului - creșterea. În cazul în care lichidul nu este în mișcare, vâscozitatea nu este afișată. Prin urmare, atunci când aceasta nu poate fi luată în considerare soluțiile de echilibru ale problemei lichidelor. Când este necesară deplasarea lichidului pentru a lua în considerare forțele de frecare care apar datorită vâscozității. Vâscozitatea coeficientului evaluat vâscozitatea dinamică [Pas], care este raportul dintre tensiunea de forfecare frecare internă în mișcare rectilinie la gradientul vitezei fluidului de-a lungul normal și n Sa viscozitate cinematică [m2 / s]. Ultima este raportul dintre coeficientul de viscozitate dinamică pentru densitatea fluidului :
Astfel, vâscozitatea depinde de tipul de fluid și temperatura acestuia și este independent de condițiile de curgere a fluidului (opus turbulente vâscozitate dinamică!).
Tensiunea superficială - proprietatea de a forma un strat de suprafețe de lichid-lea reciproc atragerea moleculelor - se caracterizează printr-un coeficient de tensiune superficială [N / m], care este egală cu energia formării pe unitatea de suprafață a interfeței.
Următorul tabel. 1 prezintă valorile ,,, n Sa, unele zhidkos-0 la 20 tei C.