23

46 Ćwiczenia laboratory jne ł mechaniki płynów"____

stabilizującym przepływ jest lepkość płynu. Lepkość może nawet spowodować zanik ruchu płynu, o ile energia dostarczana z zewnątrz jest zbył mała.

Przepły w jest natomiast niestateczny wtedy, gdy drobne zaburzenia narastają z upływem czasu. Dzieje się tak przy wzroście liczby Reynoldsa. Utrata stateczności prowadzi do nowej struktury przepływu, czyli do przejścia od przepływu laminamego do turbulentnego. Liczba Reynoldsa, przy której następuje zanik przepływu laminamego. nosi nazwę kry tycznej liczby Reynoldsa Re^

Zagadnienie stateczności przepływu płynów lepkich nie daje się rozwiązać w drodze rozważań teoretycznych ze względu na trudności matematyczne. Cała w iedza prakty czna na ten temat pochodzi z doświadczeń. Wiedza ta datuje się od badań O. Reynoldsa (1883 r.), który pierwszy ustalił warunki przechodzenia przepływu laminamego w turbulentny. Przyjęta za podstawę wartość Ret,^- 2320 pochodzi zc znacznie późniejszych badań L. Schillera (1921 r.) i dotyczy przeciętnych wartości dla technicznie gładkich rur.

Krytyczna liczba Reynoldsa nie jest wartością stałą w różnych warunkach przepływu. Zależy ona od wielu czynników, takich jak: pulsacja napływającego płynu, rozkład prędkości przed wlotem do rury. ukształtowanie wlotu rury, drgania rury. chropowatość ścian itp. W grę wchodzą więc te czynniki, które decydują o utracie stateczności przepływu. Przy daleko posuniętej ostrożności udało się utrzymać przepływ laminamy aż do Re^ = = 50000. Z tego powodu przyjmuje się dwie wartości krytycznej liczby Reynoldsa. a mianowicie dolną Re^,, = 2320 i górną Rc^; - 50000.

W zakresie Re < Re^.i istnieje stateczny przepły w, tj. przepły w laminar-ny, podczas którego wszelkie zaistniałe zaburzenia są znoszone w dół przepływu i usuwane z rury. W tym zakresie nie udało się zaobserwować przepływu turbulentnego jako zjaw iska trwałego. W zakresie Rc > Re-_U, istnieje ruch mclastabilny. czyli niestateczny względem zaburzeń o skończonej amplitudzie. przy czym amplituda ta może być tym mniejsza, im większa jest wartość Rc. W zakresie Re > Re-_k,: przepływ jest niestateczny względem nieskończenie małej amplitudy zaburzeń, a więc przepływ stateczny jest ^w tym zakresie w ogóle niemożliwy. W zagadnieniach, techniczny ch przyj-muje się, że w zakresie Re > Re_kr2 istnieje zawsze przepływ turbulentny. Jest to usprawiedliwione tym. że pojawia się wówczas wicie źródeł zaburzeń prowadzących do utraty stateczności. W przyrodzie i technice występują głównie przepływy turbulentnc.

3. Schemat i opis stanowiska pomiarowego

Schemat stoiska jest pokazany na ry sunku 1. Zasadniczym elementem stoiska jest przezroczysta rura pomiarowa (1) z metapleksu. Do rury pomiarowej wchodzi przewód (2) zakończony dyszą, przez którą dopły wa cienka struga barwnika (zabarwiona woda). Przepływ wody w rurze pomiarowej jest regulowany zaworem (3) a dopływ barwnika - zaciskiem (4). Woda dopływa ze zbiornika (5) przez zawór główny (6) pod stałym ciśnieniem hydrostatycznym dzięki istnieniu przelewu, zaś barwnik dopływa ze zbiorniczka (7) pod nieco większym ciśnieniem. Bardzo istotnym elementem jest zbiornik wyrównawczy (8) z zespołem siatek i prostownic (9), które służą do wygaszania zaburzeń wody. Przewód (10) pozwala na odpow ietrzenie układu przepły wowego. Do pomiaru strumienia objętości wody służy rotainetr (11), a do pomiaru temperarury wody - termometr (12).

Rys. 1. Schemat stoiska pomiarowego 1 - rura pomiarowa, 2 - przewód. 3 - zawór regulacyjny. 4 - zacisk,

5 - zbiornik. 6 - zawór główny, 7 - zbiorniczek barwnika. 8 - zbiornik wyrównawczy , 9 -zespół siatek i prostownic, 10 - przewód odpowietrzający, 11 - roiametr. 12-termometr.