Politechnika Wrocławska Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów
|
Temat:
|
nr. ćw:
|
|
Piotr Pazdan Inż. Œrod. rok II gr IV sekcja I
|
Data wykonania ćwiczenia:
|
Data i ocena:
|
|
Uwagi prowadzącego:
|
1. Cel ćwiczenia:
- wyznaczenie wartoœci kreytycznej liczby Reylnoldsa:
wartœci górnej dla przejœcia przepły laminarnego w turbulentny;
wartoœci dolnej dla przejœcia przepływu turbulentnego w laminarny;
2. Podstawy teoretyczne:
Przepływ płynu przez rury o stosunkowo niewielkiej œrednicy i przy małych prędkoœciach ma charakter warstwowy. Mamy wówczas do czynienia z przepływem laminarnym charakteryzującym się uporządkowanym przepływem elementu cieczy, przy braku wymiany masy między powstałymi warstwami. Poza tym prędkoœci cząstek poruszających się mają kierunek zgodny z kierunkiem wyznaczonym przez oœ rury.
Konsekwencją zwiększenia prędkoœci jest zaburzenie układu warstwowego i przejœcie z przepływu laminarnego w turbulentny. Charakteryzuje się on występowaniem tzw ruczów pobocznych prowadzących do wymiany masy między elementami warstw. Przyczyną takiej sytuacji jest zmiana kierunku wektorów prędkoœci elementów płynu. Składowe wektorów nie są juz równoległe do kierunku osi rury i dlatego następuje zburzenie warstw przepływu płynu
Na podstawie doœwiadczenia otrzymano pewną zależnoœć prędkoœci i właœciwoœci płynów, oraz œrednicy przepływu:
Re = ;
Vsr - srednia prędkoœć elementów cieczy;
d - œrednica przepływu;
- kinematyczny współczynnik lepkoœci;
Wartoœć tego wyrażenia - Re kr - okreœla moment przejœcia przepływu danej cieczy w rurze d z laminarnego w turbulentny. Posiada on jednak dwie wartoœci:
Re krd = 2320 - i okręsla liczbę poniżej której przepływ w danych warunkach jest laminarny;
Re krg = 50.000 - i okreœla liczbę powyżej której przepływ ma charakter turbulentny;
na przedziale ( 2320 , 50.000 ) w zależnoœci od warunków doœwiadczenia moze występować zarówno przepływ laminarny jak i turbulentny;
zbiornik z cieczą
zabarwianą
3. Schemat stanowiska:
dysza wylotowa
zawór regulacji przep. zbiorniki zasilające
rura przepływu cieczy
zbiornik badania
pręd. masowej
waga
dopływ
odpływ
odpływ
4. Przebieg ćwiczenia:
Warunki doœwiadczenia:
temperatura cieczy T = 14,4 oC = 287,4 K;
gęstoœć cieczy w temperaturze T wynosi = 999,188 kg/m3;
kinematyczny współczynnik lepkoœci w temperaturze T wynosi = 1,172 * 10-6 m2/s
masa wody przepływającej podczas pomiaru m = 0.5 kg;
œrednice przepływu w doœwiadczeniu: d1 = 7,6 mm = 0,0076 m;
d2 = 15,6 mm = 0,0156 m;
Przebieg doœwiadczenia:
przez rurki kolejno przepływa woda zabarwiona cieńką strugą fioletowej cieczy; obserwacja zachowania strugi cieczy zabarwionej przy stałej regulacji prędkoœci przepływu pozwala nam ustalić moment zmiany przepływu laminarnego w turbulentny ( i odwrotnie ) i jednodczeœnie wyliczyć krytyczną wartoœć liczby Reynoldsa;
Tabelka wyników:
Rkrd |
Rkrg |
||||||||||
d1 = 0,0076 [m] |
d2 = 0,0156 [m] |
d1 = 0,0076 [m] |
d2 = 0,0156 [m] |
||||||||
Lp. |
m [kg] |
t [s] |
Lp. |
m [kg] |
t [s] |
Lp. |
m [kg] |
t [s] |
Lp. |
m [kg] |
t [s] |
1. |
0,5 |
10,5 |
1. |
0,5 |
8,8 |
1. |
0,5 |
11,0 |
1. |
0,5 |
7,8 |
2. |
0,5 |
11,4 |
2. |
0,5 |
8,0 |
2. |
0,5 |
9,6 |
2. |
0,5 |
9,8 |
3. |
0,5 |
11,4 |
3. |
0,5 |
8,4 |
3. |
0,5 |
11,0 |
3. |
0,5 |
8,2 |
4. |
0,5 |
12,2 |
4. |
0,5 |
10,2 |
4. |
0,5 |
10,0 |
4. |
0,5 |
10,0 |
5. |
0,5 |
11,8 |
5. |
0,5 |
12,0 |
5. |
0,5 |
9,8 |
5. |
0,5 |
11,2 |
Wyznaczenie krytycznej wartoœci liczby Reynoldsa:
Rkr = ; Vsr = - prędkoœć elementu cieczy;
Q = - prędkoœć masowa cieczy ;
- œredni czas;
- wartoœć górna okreœlająca przejœcie z przepływu laminarnego w turbulentny:
d = 0,0076 m;
= 10,28 s;
m = 0,5 kg;
Q = [m3/s];
Vsr = [m/s]
Rkrg = ;
d = 0,0156 m;
= 9,4 s;
m = 0,5 kg;
Q = [m3/s];
Vsr = [m/s]
Rkrg = ;
Rsrg = ;
- wartoœć dolna okreœlająca przejœcie przepływu turbulentnego w laminarny:
d = 0,0076 m;
= 11,46 s;
m = 0,5 kg;
Q = [m3/s];
Vsr = [m/s]
Rkrd = ;
d = 0,0156 m;
= 9,48 s;
m = 0,5 kg;
Q = [m3/s];
Vsr = [m/s]
Rkrd = ;
Rsrd =
5. Dyskusja błędów:
Błędy pomiaru wartoœci krytycznej liczby Reynoldsa liczymy ze œredniej arytmetycznej na podstawie danych tablicowych według których Rkrd = 2320:
R = ;
Pewne znaczenie dla poprawnoœci wyników ma także pomiar czasu z błędem t = 0,2 s oraz błąd pomiaru masy m = 0,001 kg.
6. Wnioski końcowe: