1. Wyznaczenie krytycznej liczby Reynoldsa

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenia dolnej oraz górnej granicy krytycznej wartości liczby Reynoldsa.

Badania przeprowadzono

1. Krótki wstęp teoretyczny

Liczba Reynoldsa to bezwymiarowa liczba, której wartość stanowiąca kryterium pozwalające określić rodzaj ruchu w przewodzie. Określa ona stosunek sił bezwładności działających na ciecz do sił lepkości między cząsteczkami. Wyróżnia się górną oraz dolną wartość krytyczną liczby Reynoldsa. Dolna wartość wynosi ok. 2300 i poniżej tej wartości ruch cieczy zawsze jest ruchem laminarnym. Górna granica to ok. 50 000 powyżej której mamy pewność że ciecz porusza się ruchem turbulentnym. Strefa przejściowa od 2300 do 50 000 to strefa w której ruch może być zarówno laminarny jak i rwący.

1. Schemat stanowiska i krótki opis przebiegu pomiarów

Przebieg pomiarów:

a) Pomiary przy przejściu ruchu z laminarnego w turbulentny:

- otworzono zawór doprowadzający wodę Z1,

- wywołano przepływ w przewodzie poprzez delikatne otwarcie zaworu Z2,

- otwarto zawór barwnika Z3,

- stopniowo zwiększano przepływ przez dalsze otwieranie zaworu Z2 jednocześnie obserwując przepływ w przewodzie,

- gdy zaobserwowano zmianę ruchu rodzaju ruchu w przewodzie zakręcono zawór barwnika Z3,

- 3-krotnie pomierzono wartość wydatku przy użyciu naczynia, cylindra miarowego oraz stopera,

- zmierzono temperaturę wody w zbiorniku zasilającym,

b) Pomiary przy przejściu ruchu z turbulentnego w laminarny:

- otwarto zawór Z2 ustawiając duże natężenie przepływu,

- otwarto zawór barwnika Z3,

- stopniowo płynnie zmniejszano natężenie przepływ w przewodzie zamykając zawór Z2 oraz obserwując przepływ w przewodzie,

- w momencie zaobserwowania przejścia ruchu z turbulentnego w laminarny zakręcono zawór barwnika Z3,

- 3-krotnie pomierzono wartość natężenie przepływu przy użyciu naczynia, cylindra miarowego oraz stopera,

1. Tabela z wynikami pomiarów i obliczeń

d	F	Obserwowane zjawisko	T	ν	V	T	Q=V/t	Qśr	v=Qśr/F	Re
[cm]	[cm^2]		[^oC]	[cm^2/s]	[cm^3]	[s]	[cm^3/s]	[cm^3/s]	[cm/s]	[-]
1,0	0,7584	laminarny -> turbulentny	21,5	9,819510^-7	970	47,25	20,5391	20,5353	27,0771	27574,28
					965	47,02	20,5232
					960	46,73	20,5435
		turbulentny -> laminarny	21,5	9,819510^-7	985	67,91	14,5045	14,5171	19,1417	19493,55
					955	65,91	14,4995
					985	67,71	14,5473

1. Przykłady obliczeń z przeliczeniem jednostek

2. Wnioski

Otrzymane wartości bardzo znacząco różnią się od oczekiwanych.

Błędy mogą wynikać z następujących powodów:

- W przypadku obserwacji zmiany ruchu z laminarnego w turbulentny otrzymana wartość liczby Reynoldsa wskazuje strefę przejściową, więc zbyt gwałtowne odkręcenie zaworu Z2 lub inne zaburzenie z zewnątrz mogło spowodować zmianę rodzaju ruchu wody w przewodzie.

- Słabą widocznością barwnika użytego w doświadczeniu przy warunkach oświetleniowych panujących w laboratorium.

- Brakiem doświadczenia studentów w obserwowaniu zjawiska ruchu turbulentnego/ laminarnego co spowodowało zbyt wczesne pomierzenie przepływu przy wyczekiwaniu na moment zmiany ruchu w przewodzie.

- Stanem stanowiska laboratoryjnego wynikającym z wieku urządzeń i wykonaniem niektórych jego elementów, które mogło być niewystarczające do obserwacji badanego zjawiska w odpowiednim stopniu dokładności.