Data wykonania ćwiczenia:

21 października 2004 roku

Politechnika Szczecińska

Katedra Budownictwa Wodnego

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z Hydrauliki

Ćwiczenie nr1

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie granicznej liczby Reynoldsa.

Rok ΙΙ Gr. V

Tomasz Biegański

Paweł Blezer

Paweł Kuźbik

Krzysztof Śmigielski

1. Wstęp teoretyczny.

Ćwiczenie ma na celu sklasyfikowanie ruchu ze względu na sposób poruszania się cząstek. Na podstawie wykonanego badania określamy czy cząstki cieczy poruszają się po torach równoległych, wtedy mówimy o ruchu laminarnym (uwarstwionym), lub intensywnie mieszają się- w takim wypadku jest to ruch turbulentny (burzliwy).

O charakterze ruchu świadczy wartość liczby Reynoldsa, która określa reżim ruchu z punktu widzenia sposobu poruszania się cząstek. Wyraża się wzorem:

υ × d

Re =

ν

gdzie: ν - kinematyczny współczynnik lepkości [m²/s]

υ - średnia prędkość przepływu [m/s]

d - średnica przewodu [m]

Graniczne wartości pozwalające określić rodzaj ruchu w przypadku rurociągów wynoszą:

Re < 2320 ruch laminarny

Re є [2320;4000] niestabilny rodzaj przepływu

Re > 4000 ruch turbulentny

Ćwiczenie polega na obserwacji zachowania się strugi barwnika (fluoroesceiny) przy różnych średnich prędkościach przepływu wody w przewodzie (o średnicy 10mm i 30mm) i na obliczeniu w każdym wypadku liczby Reynoldsa. Urządzenie użyte w tym doświadczeniu pozwala na regulację prędkości przepływu w przewodzie oraz prędkości wypływu barwnej strugi.

2. Metoda pomiarowa.

Kolejność czynności:

1. Otworzyć dopływ wody do stanowiska i odczekać do momentu ustalenia się poziomu wody na przelewie w zbiorniku zasilającym.

2. Pomierzyć temperaturę wody w zbiorniku.

3. Otworzyć minimalnie odpływ wody i równocześnie dopływ barwnika.

4. Zwiększać płynnie prędkość wody w przewodzie do momentu uzyskania ruchu burzliwego.

5. Pomierzyć wydatek dwukrotnie.

6. Ruch burzliwy wywołać 5-krotnie dla każdego przewodu.

3. Tabela wielkości pomierzonych i obliczonych.

L.p.	Średnica przewodu [mm]	Objętość [cm^3]	Temperatura [°C]	Czas [s]	Wydatek [cm^3/s]	Re
1	10	300	19	15,875	18,90	2331,35
2							12,795	23,45	2892,60
3							12,74	23,55	2904,94
4							15,96	18,80	2319,02
5							17,07	17,57	2167,29
1				30	500	17,5	6,36	78,62	3106,83
2							4,48	111,61	4410,49
3							8,32	60,10	2374,97
4							8,36	59,81	2363,51
5							7,945	62,93	2486,80

Przykładowe obliczenia:

Podstawowe wzory:

Q = V/ T [m³/s]

υ = Q/ A [m/s]

A = πd²/ 4 [m²]

υ × d

Re =

ν

Dane:

ν _19°C = 1,0332 × 10^-6 [m²/s]

d = 0,01 [m]

V = 0,0003 [m³]

T = 15,875 [s]

Obliczenia:

Q = 1,89 × 10^-5 [m³/s]

A = 7,85 × 10^-5 [m²]

υ = 1,89 × 10^-5/ 7,85 × 10^-5 = 0,24 [m/s]

0,24 × 0,01

Re = = 2331,35

1,0332 × 10^-6

4. Wnioski.

Przy przepływie laminarnym, kiedy strugi cieczy są równoległe i nie następuje wymiana elementów płynu pomiędzy sąsiednimi warstwami, struga barwnika rysuje się ostro i wyraźnie, biegnąc prawie równolegle do ścianki przewodu. Powyżej pewnej prędkości przepływu w rurze struga ta tuż za wylotem rurki podlega intensywnemu rozproszeniu, a następnie bardzo szybko zabarwia całą masę wody w przewodzie.

Wywołując ruch burzliwy 5-krotnie otrzymaliśmy dla każdego osobno liczbę Reynoldsa. W przypadku pierwszego przewodu mamy do czynienia z niestabilnym rodzajem przepływu dla Re є [2320;4000], choć jeden z pomiarów wskazuje ruch laminarny, gdzie Re=2167,29. W drugim przewodzie, podobnie jak w pierwszym, przeważa stan niestabilny. Jednak w pojedynczym przypadku ruch ma charakter turbulentny przy Re=4410,49.

Jak łatwo zauważyć, otrzymane liczby Reynoldsa różnią się od siebie, w niektórych wypadkach nawet znacznie. Spowodowane jest to dużym rozrzutem zmierzonego czasu (czas zapełniania cieczą ustalonej objętości naczynia), od którego bezpośrednio zależy wartość wydatku Q, a następnie charakter ruchu cząstek cieczy.

---