Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie krytycznej liczby Reynoldsa Rekr na podstawie obserwacji zabarwionej strugi cieczy, wprowadzonej równolegle do osi prostej, poziomej, przeżroczystej rury przez którą płynie czysta woda.
2.Część teoretyczna
Reynolds wprowadził podstawową klasyfikację przepływów płynów rzeczywistych z podziałem na przepływy laminarne i turbulentne (uwarstwione i burzliwe).
Obserwując przepływ wody w szklanej rurze Reynolds stwierdził że zabarwiona struga wprowadzona do przewodu pozostaje równoległa do ścianek rury i nie barwi strug sąsiednich tylko do pewnej wielkości strumienia objętości, a więc określonej średniej prędkości przepływu. Po przekroczeniu tej "krytycznej" prędkości obserwuje się najpierw falowanie zabarwionej strugi, a następnie stopniowe jej rozpraszanie i lekkie zabarwienia w całej masy cieczy. Świadczy to o wymieszaniu się strugi zabarwionej z całą pozostałą masą przepływającej cieczy tzw. wymianę elementów płynu między sąsiednimi warstwami.
Ten drugi zakres przepływu nazwany został turbulentnym, w przeciwieństwie do regularnego ruchu w zakresie podkrytycznym, zwanego ruchem laminarnym, w ścisłym znaczeniu tego słowa, może być ruchem ustalonym.
Badania swoje przeprowadzał zmieniając średnicę rury. Zaobserwował przy tym, że w rurach o większej średnicy prędkość krytyczna przejścia od ruchu laminarnego do turbulentnego jest mniejsza. Na podstawie obserwacji i póżniejszych badań zachowania się cieczy w przewodach, ustalone zostało równanie, opisujące wartość liczby Reynoldsa, które ma następującą postać :
rv l
Re = ------
m
lub podstawiając
m
n = ---
r
vl
Re = -----
n
gdzie:
r - gęstość płynu
v - prędkość ruchu płynu
m - lepkość dynamiczna
n - lepkość kinematyczna
l - wymiar charakterystyczny
Przejście przepływu laminarnego w turbulentny odbywa się przy określonej wartości liczby Reynoldsa, nazywanej krytyczną liczbą Reynoldsa.
Z doświadczeń wynika, że dla przewodów okrągłych wartość Rekr wynosi Rekr = 2300. Poniżej tej wartości na ogół nie obserwuje się ruchu turbulentnego, natomiast często obserwuje się ruch laminarny, przy znacznie wyższych wartościach od Rekr= 2300. Przy zachowaniu specjalnych warunków przepływu udaje się zachować ruch laminarny nawet przy wartości liczby Reynoldsa równej 50000.
Przyjęły się zatem pojęcia dolnej krytycznej liczby Reynoldsa Rekr1= 2300 oraz górnej krytycznej liczby Reynoldsa Rekr2= 50000. W zakresie Re = Rekr1 * Rekr2 przepływ może być laminarny lub turbulentny, przy czym przepływ laminarny jest wówczas bardzo niestateczny i przy najmniejszym zaburzeniu przekształca się w turbulentny
Wymiarem charakterystycznym dla rury o przekroju kołowym będzie oczywiście jej średnica wewnętrzna d, zatem
vl
Re = -----
n
Prędkość przepływu oblicza się z odczytanego natężenia przepływu na rotametrze. Lepkość kinematyczną dla danej temperatury cieczy należy odczytać z wykresu. Wydatek cieczy określa się zależnością :
p d2
Q = F v = ----- v
4
F - pole powierzchni przekroju rury
4Q
v = ----
p d2
Po podstawieniu otrzymuje się :
4Q d
Rekr= ---- ---
p d2 n
i ostatecznie
4Q
Rekr = -------
p d n
Określenie liczby Reynoldsa w niniejszym ćwiczeniu będzie polegałona ustaleniu takich parametrów przepływu, by znajdował się on na granicy stateczności. Następnie oblicza się wartość liczby Reynoldsa i porównując ją z Rekr1
3.Stanowisko pomiarowe
4.Wnioski
Celem ćwiczenia było ustalenie liczby Reynoldsa dla której przepływ laminarny
przejdzie w przepływ turbulentny. Doświadczenie polegało na stopniowym zwiększaniu
wydatku od wartości zerowej aż do chwili gdy struga barwiona zacznie widocznie falować. W tym samym czasie należy odczytać wydatek obiętościowy Q w l/min.
W naszym przypadku przejście to nastąpiło przy liczbie Reynoldsa Reśr=1935,382. Jest to wartość zbliżona do pierwszej krytycznej liczby Reynoldsa równej Rekr=2300. Rożnica pomiędzy obiema liczbami jest mała co pozwala nam stwierdzić że doświadczenie było przeprowadzone prawidłowo.
.