Определение режимов течения жидкости

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Нефтехимии и химической технологии»

Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии»

                                                             Отчет принят

                                                                        Оценка:

Доцент каф. НХТ, к.т.н

С.П.Ломакин

Отчет по лабораторной работе ГМП-1

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

Выполнил:                                            

Уфа 2021

Цель работы:

а) визуальное изучение изменений, проходящих в потоке при различных скоростях течения жидкости в стеклянной трубе;

б) экспериментально-расчетное определение величин числа Рейнольдса для различных режимов течения.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Характер или режим течения жидкости (газа) зависит, как показали опыты, от следующих основных параметров:

• средней скорости, w , м/с;
• эквивалентного диаметра трубопровода dэ, м;
• плотности жидкости (газа) р , кг/м3;
• динамического коэффициента вязкости ц, Па^с.

Эти параметры объединяются в безразмерный комплекс [pic 1] , который учитывает влияние каждого параметра и в целом характеризует определенный режим течения потока. Комплекс получил название критерия режима течения или числа Рейнольдса (Re).

[pic 2]

где [pic 3]- кинематический коэффициент вязкости, м2/с.

Число Re показывает соотношение сил инерции и трения, характеризующихся в первом случае скоростью, во втором - вязкостью потока. Следовательно, турбулентное течение свойственно потокам, обладающим развитыми силами инерции, а ламинарное характерно для потоков, в которых силы внутреннего трения преобладают над силами инерции.

Установлено, что для ламинарного режима величина значения числа Re всегда меньше, а для турбулентного режима - всегда больше некоторого «критического» значения. Например, для горизонтальных прямых гладких труб критическое значение числа Рейнольдса ReEp = 2320.

Необходимо отметить, что приведенное критическое значение является в известной степени условным, так как трудно обнаружить резкий переход от ламинарного режима к турбулентному. В действительности наблюдается так называемая «переходная» область исчезновения ламинарного режима и установления турбулентного состояния потока. Величина значения числа Re для переходной области находится в пределах 2320-10000.

При значении числа Re более 10000 режим потока становится развитым (устойчивым) турбулентным.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

На рисунке 1 дана схема лабораторной установки, которая включает следующие элементы:

• баки 1, 2 для воды, обеспечивающие ее постоянный уровень (напор), успокоение и удаление растворенного воздуха. В бак 1 установлена емкость для подачи трассера в поток воды;
• участок трубы 7, стеклянный, для визуального наблюдения режимов течения жидкости;

- мерный цилиндр 6 с градуировкой для определения расхода объемным методом.

[pic 4]

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки

Основные характеристики установки:

• рабочая жидкость - вода, физические свойства р и v при разных температурах см. [5, с. 537; 6, с. 520];
• внутренний диаметр трубки 7 - d3 = 34 мм.

Принадлежности для выполнения работы:

1. Сосуд с подкрашенной жидкостью;
2. Секундомер.

В работе используется секундомер, который получают от лаборанта.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Описанная установка позволяет получать различные режимы течения за счет изменения только скорости потока в трубке 1.

1. Заполнить бак 1 водой, ориентируясь на показания уровнемера. Убедившись, что уровень воды в бачке 1 не меняется, переходим к следующему этапу работы.
2. Пользуясь краном под баком 2, создать 5-6 (от минимума до максимума) проходов воды через трубку 7; с ростом расхода воды через трубку 1 увеличивать поступление ее в емкость 1, так, чтобы уровень воды в емкости не уменьшался;
3. С помощью мерного цилиндра 6 и секундомера определить расход воды V', фиксируя время заполнения определенного объема воды в цилиндре. Выполнить 2-3 замера при каждом расходе и принимать среднее значение;
4. С помощью термометра замерить температуру воды, необходимую для определения рабочих параметров;
5. Подать трассер в трубку 7 и наблюдать его поведение. Подкрашенную воду подать после завершения замеров расхода воды при каждом определенном расходе. При изменении расхода воды подачу трассера прекратить;
6. Результаты всех замеров и наблюдений записывать в таблицу 1.

После завершения эксперимента необходимо слить воду из установки, закрыть все краны.