Химическая технология. Носенко В.Н - 4 стр.

UptoLike

7
Лабораторная работа 1
РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Цель работы: Провести визуальное наблюдение за харак-
тером течения жидкости и переходом его из одного режима в дру-
гой. Определить критические значения чисел Рейнольдса (Re). Ус-
тановить зависимость между потерей давления на трение и сред-
ней скоростью движения потока.
Основные определения и теория процесса
Экспериментальные исследования закономерностей
течения
жидкостей в каналах разной формы позволили установить качест-
венные различия в структуре потока в зависимости от условий
движения.
При сравнительно малых скоростях потока в трубах наблю-
дается упорядоченный характер течения одних слоев относитель-
но других. Такое упорядоченное движение без перемешивания
между слоями называется ламинарным, или струйным. При лами-
нарном режиме
профиль скорости в потоке является параболиче-
ским и может быть найден теоретически. Средняя скорость жид-
кости по сечению равна половине максимальной на оси потока:
w
ср
= w
max
/2.
На практике чаще встречаются потоки, в которых происхо-
дит интенсивное перемешивание среды, обусловленное мгновен-
ным изменением скорости частиц. Такое движение называется
турбулентным, или вихревым. Турбулентное движение в ядре
потока всегда сопровождается ламинарным у стенки, и средняя
скорость по сечению не равна половине максимальной. В турбу-
лентном режиме отношение w
ср
/w
max
является функцией критерия
Рейнольдса.
Критерий Рейнольдса используется для количественной
оценки характера течений вязких жидкостей и газов Re = w
ср
d/
ν
.
Он характеризует соотношение между силами инерции и силами
внутреннего трения.
8
Силы инерции определяются скоростью потока и его разме-
рами, силы внутреннего трениявязкостью потока. Отсюда сле-
дует, что турбулентное течение свойственно потокам, обладаю-
щим развитыми силами инерции, а ламинарноехарактерно для
потоков, в которых силы внутреннего трения преобладают над
силами инерции.
Значения критерия Рейнольдса, соответствующие переходу
из одного гидродинамического режима в
другой, называются кри-
тическими Re
кр
. Необходимость изучения режимов течения и оп-
ределения числа Re
кр
вызвана тем, что при переходе из одного ре-
жима в другой поток претерпевает качественные и количествен-
ные изменения. В результате этого изменяются характеристики
гидравлического сопротивления и тепломассообмена.
Всем режимам течения соответствуют два критических зна-
чения Re
кр
. Экспериментально установлено, что для течения в
круглых гладких трубах среднестатистические значения Re
кр
при-
близительно равны 2300 и 10
4
.
При Re
кр
2300 происходит смена ламинарного режима, а
при Re
кр
10
4
наступает развитый турбулентный режим.
Область 2300 < Re < 10
4
соответствует переходному режиму,
в котором поток обладает одновременно свойствами ламинарного
и турбулентного течения.
Необходимо отметить, что в конкретных условиях, завися-
щих от многих причин, значения Re
кр
могут отличаться от указан-
ных. Так, в опытах удалось затянуть наступление турбулентного
режима вплоть до Re
кр
= 10
5
путем закругления входной кромки
трубы, уменьшения внешних возмущений и другими способами.
При этом небольшое внешнее возмущение способствовало резкой
смене режима. Следовательно, течение при таких значениях числа
Рейнольдса является неустойчивым и должно смениться более ус-
тойчивой формой.
Для змеевиков значение Re
кр
повышается в зависимости от
отношения диаметра d трубы к диаметру D змеевика (d/D) и мо-
жет достигать 7000÷8000.
Существование различных режимов течения и закономерно-
сти перехода из одного в другой можно наблюдать, если изменять
                                                                        Силы инерции определяются скоростью потока и его разме-
                  Лабораторная работа № 1                         рами, силы внутреннего трения – вязкостью потока. Отсюда сле-
                                                                  дует, что турбулентное течение свойственно потокам, обладаю-
             РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ                              щим развитыми силами инерции, а ламинарное – характерно для
                                                                  потоков, в которых силы внутреннего трения преобладают над
      Цель работы: Провести визуальное наблюдение за харак-       силами инерции.
тером течения жидкости и переходом его из одного режима в дру-          Значения критерия Рейнольдса, соответствующие переходу
гой. Определить критические значения чисел Рейнольдса (Re). Ус-   из одного гидродинамического режима в другой, называются кри-
тановить зависимость между потерей давления на трение и сред-     тическими Reкр. Необходимость изучения режимов течения и оп-
ней скоростью движения потока.                                    ределения числа Reкр вызвана тем, что при переходе из одного ре-
                                                                  жима в другой поток претерпевает качественные и количествен-
                                                                  ные изменения. В результате этого изменяются характеристики
          Основные определения и теория процесса                  гидравлического сопротивления и тепломассообмена.
       Экспериментальные исследования закономерностей течения           Всем режимам течения соответствуют два критических зна-
жидкостей в каналах разной формы позволили установить качест-     чения Reкр. Экспериментально установлено, что для течения в
венные различия в структуре потока в зависимости от условий       круглых гладких трубах среднестатистические значения Reкр при-
движения.                                                         близительно равны 2300 и 104.
       При сравнительно малых скоростях потока в трубах наблю-          При Reкр ≈ 2300 происходит смена ламинарного режима, а
дается упорядоченный характер течения одних слоев относитель-     при Reкр ≈ 104 наступает развитый турбулентный режим.
но других. Такое упорядоченное движение без перемешивания               Область 2300 < Re < 104 соответствует переходному режиму,
между слоями называется ламинарным, или струйным. При лами-       в котором поток обладает одновременно свойствами ламинарного
нарном режиме профиль скорости в потоке является параболиче-      и турбулентного течения.
ским и может быть найден теоретически. Средняя скорость жид-            Необходимо отметить, что в конкретных условиях, завися-
кости по сечению равна половине максимальной на оси потока:       щих от многих причин, значения Reкр могут отличаться от указан-
wср = wmax /2.                                                    ных. Так, в опытах удалось затянуть наступление турбулентного
       На практике чаще встречаются потоки, в которых происхо-    режима вплоть до Reкр = 105 путем закругления входной кромки
дит интенсивное перемешивание среды, обусловленное мгновен-       трубы, уменьшения внешних возмущений и другими способами.
ным изменением скорости частиц. Такое движение называется         При этом небольшое внешнее возмущение способствовало резкой
турбулентным, или вихревым. Турбулентное движение в ядре          смене режима. Следовательно, течение при таких значениях числа
потока всегда сопровождается ламинарным у стенки, и средняя       Рейнольдса является неустойчивым и должно смениться более ус-
скорость по сечению не равна половине максимальной. В турбу-      тойчивой формой.
лентном режиме отношение wср/wmax является функцией критерия            Для змеевиков значение Reкр повышается в зависимости от
Рейнольдса.                                                       отношения диаметра d трубы к диаметру D змеевика (d/D) и мо-
       Критерий Рейнольдса используется для количественной        жет достигать 7000÷8000.
оценки характера течений вязких жидкостей и газов Re = wсрd/ν.          Существование различных режимов течения и закономерно-
Он характеризует соотношение между силами инерции и силами        сти перехода из одного в другой можно наблюдать, если изменять
внутреннего трения.

                              7                                                                  8