Determinarea Regimurilor de Curgere și a Viscozutății Lichidelor

1. Determinarea regimurilor decurgere a lichidelor în conducte

Mişcarea fluidelor vâscoase poate fi laminară sau turbulentă, după cum straturile de fluid alunecă paralele unele cu altele, sau acestea se întrepătrund datorită prezenţei unor componente pulsatorii ale vitezei.

Distincţia dintre regimul laminar şi cel turbulent a fost făcută pentru prima oară de către Reynolds, în 1883. Aceasta a arătat că cele două regimuri de curgere pot fi deosebite cantitativ de mărimea adimensională:

ηρνdvdv⋅⋅=⋅=Re (1)

unde d este o lungime care caracterizează frontiera domeniului mişcării, iar în cazul conductelor circulare este chiar diametrul acesteia.

Pentru valori Re < 2300, regimul de curgere este laminar, fiind caracterizat printr-o dependenţă liniară între viteza de mişcare şi gradientul de presiune (legea Hagen-Poisseuille). Pentru valori 2300 < Re < 3000 regimul de curgere este tranzitoriu, iar pentru Re > 3000, regimul de curgere devine turbulent.

Scopul lucrării constă în verificarea experimentală a corelaţiei dintre regimul de mişcare a apei într-un tub cilindric orizontal şi numărul Reynolds.

1.2. Descrierea aparatului

Aparatul este folosit pentru determinarea regimurilor de mişcare este prezentat în figura 1 şi se compune dintr-un vas cilindric 1, prevăzut cu un tub de preaplin şi alimentat cu apă de la reţea, conducta de sticlă 2, orizontală, un tub subţire 3, dispus axial prin care iese un jet de lichid colorat, al cărui debit poate fi reglabil. Conducta de sticlă are la capăt un robinet 4 pentru reglarea debitului, care se determină măsurând în timp volumul de apă colectat de vasul 5.

1

3

1

2

5

4

Fig. 1 Determinarea regimurilor de curgere, instalaţie de laborator

1.3. Modul de lucru

Se umple cu apă vasul 1 şi se reglează jetul de la reţea astfel încât nivelul să se menţină constant cu ajutorul tubului de preaplin. Se deschide robinetul 4 şi se stabilizează un regim de curgere. Se eliberează un jet de lichid colorat şi se fac observaţii privind aspectul liniei de curent materializată de acesta. Se măsoară debitul de apă, măsurând timpul cu un cronometru, iar volumul de lichid scurs V cu o mensură.

Se completează tabelul 1.

Tabelul 1.

Nr. crt.

V

(l)

V

(m3)

Q

(m3/s)

v

(m/s)

d

(m)

ν

(m2/s)

Re

1.4. Prelucrarea datelor experimentale

Se stabileşte valoarea debitului în m3/s.

Se calculează viteza medie a apei în conductă cu relaţia:

2

24dQv⋅=π (2)

Estimând prin interpolarea datelor din anexa 2 valorile masei specifice şi coeficientul de viscozitate cinematică sau dinamică a apei, se determină numărul Reynolds.

Se corelează valorile Re calculate cu observaţiile asupra jetului de fluid colorat, verificând dacă mişcarea este laminară atunci când:

Re < Recrit.