docZ09_Ruch laminarny i turbulentny - Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
download 
Reklamacja Transkrypt
Z09_Ruch laminarny i turbulentny - Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Liczba Reynoldsa Na podstawie obserwacji zachowania się strumienia przepływającej wody Reynolds scharakteryzował ruch wody dzieląc go na ruch laminarny i turbulentny. W tym celu umieścił kryształek nadmanganianu potasu w osi szklanej rurki. Nadmanganian potasu rozpuszczał się w wodzie i zabarwiał strugę przepływającej wody na kolor fioletowy. W zależności od prędkości przepływającej wody zabarwiona struga wody unosiła się w wodzie lub ulegała rozpuszczeniu barwiąc cały przekrój poprzeczny. 1. Wprowadzenie Co to jest ruch laminarny i turbulentny? Gdy ruch stabilizuje się, cząsteczki płyną w równoległych, ślizgających się po sobie warstewkach to ruch ten nazywa się ruchem laminarnym. W przypadku gdy zaburzenia przepływu narastają powodują trwałe zaburzenia pola prędkości i następuje intensywne mieszanie się cząstek to mówimy o ruchu turbulentnym (burzliwym). Rys. 1. Rozkład prędkości w ruchu: a) laminarnym, b) turbulentnym Do scharakteryzowania rodzaju ruchu w przewodach zamkniętych wykorzystuje się liczbę Reynoldsa υd Re = (1) ν gdzie: υ - prędkość średnia w przekroju, d – średnica przekroju, ν – kinematyczny współczynnik lepkości cieczy [m2·s-1], odczytywany z tablic na podstawie temperatury cieczy. Liczba Re Jest to liczba podobieństwa charakteryzująca zjawisko mechaniczne zachodzące głównie pod wpływem sił tarcia wewnętrznego, równa stosunkowi sił bezwładności do sił tarcia wewnętrznego występujących w badanym zjawisku, np. przepływie cieczy. Krytyczna wartość liczby Reynoldsa dla przewodów kołowych wynosi Rekryt = 2320. Wartość to rozgranicza przepływ laminarny od turbulentnego: Re<2320, ruch laminarny, Re>2320, ruch burzliwy. Przejście ruchu laminarnego w turbulentny następuje wskutek utraty stateczności ruch laminarnego. Zaburzenia będące przyczyną pulsacji występują zawsze w czasie przepływu. Zaburzenia i utrata stateczności następuje w obszarach przyściennych, skąd rozprzestrzeniają się na cały obszar przepływu powodując jego przekształcanie w ruch burzliwy. 2.1. Doświadczenie Opis doświadczenia Reynoldsa: Polegało ono na obserwacji, zachowania się barwnika w wodzie, płynącej w rurze o średnicy d. Przy Re< 2320 smuga barwnika pozostaje zwarta, nie ulega rozmyciu. Jeżeli jednak Re> 2320 to wyraźnie widoczne staje się szybkie, nieregularne rozmywanie się smugi barwnika . W czasie pomiaru mierzono objętość V i czas przepływu wody t a wyniki zestawiono w Tabeli. Lp V [m3] t [s] 1 0,00013 111,1 2. Średnica przewodu d = 0,0098 m, temperatura wody T = 17,0º C. Opracowanie wyników: Lp Q [m3·s-1] υ [m·s-1] Re [-] Opis 1 0,0000012 0,012 141 ruch laminarny 2 431 ruch laminarny 3 751 ruch laminarny 4 1383 ruch laminarny 5 2287 ruch laminarny 6 3289 ruch turbulentny 7 5078 ruch turbulentny 8 7357 ruch turbulentny 9 8989 ruch turbulentny Wizualizacja wyników: Re = 0 Re = 141 431 751 1383 2287 3289 5078 7357 8989 Literatura: Puzyrewski R., Sawicki J., 1998, Podstawy mechaniki płynów i Hydromechaniki, PWN, Warszawa, Zarzycki R., Prywer J., Orzechowski Z., 1997, Mechanika płynów w inżynierii środowiska, WNT, Warszawa Kubrak J., 1998, Hydraulika techniczna, Wyd. SGGW, Warszawa, Szuster A., Utrysko B., 1986, Hydraulika i podstawy hydromechaniki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Sawicki J., 1998, Przepływy ze swobodną powierzchnią, PWN, Warszawa Katedra Inżynierii Wodnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy w Krakowie [email protected]
