Гидрогазодинамика және жылумаңызалмасу

Бақылау сұрақтар

1. Қысым дегенімез не?

2. Артық, абсалюттік, ваккумметриялық қысым дегеніміз не?

3. Гидростатиканың негізгі заңы.

4. Қысымды өлшеуіш құралдар.

5. Қысым өлшеудің әр түрлі бірліктерінің арасындағы байланыс.

1. 
   Кесте - Өлшеу нәтижелері
   

Құралдар	Құрал корсеткіші				Корсеткіштерді КПа-ға ауыстыру		Абсолюттік қысым, кПа		Өлшеу қателігі
Аумақ өлшемі	h, мм	h, мм	РИ, ат	РВ, ат	РИ	РВ	Р= РАт + РИ	Р= РАт - РВ	Абс.	Қат.
Мановакуумметр	-	-
Пьезо метр		-	-	-
Шаралы манометр			-	-
U – пі шінді барометр			-	-
Барометр	-	-		-
Шыны суал.			-	-

№ 2 Зертханалық жұмыс. Сұйық ағыстың турбуленттік және ламинар тәртібі.

Табиғатта сұйық қозғалыстың екі әртүрлі тәртібі бар екендігін бақылаудың нәтижесінен білеміз. Оның біріншісінде жекелей тарамдар бір-бірімен араласпай, параллель түрінде қозғалады. Сұйықтық бұлайша ағыстық бағытымен параллель күйінде қабаттар тәрізді араласа отырып белгілі бір тәртіппен қозғалысы ламинар ағыс деп атайды (латынша Lamina – пластина).

Ал екінші жағыдайда, ағыс белгілі бір тәртіпсіз, олқы күйінде судың жылжуы. Сұйықтық құбырдың бойымен келіп түсуінің негізгі жолымен қатар, оның кей бөліктерінің айналып, араласа отырып заңсыз тәртіпте келуі де айқындалған. Сұйықтың мұндай тәртіпсіз жылжу түрі турбуленттік ағыс деп аталады (латынша turbulentus тәртіпсіз құйынды).

Құбырдағы ағысының кинематикалық және динамикалық жағыдайы сұйық қозғалысының тәртібімен нақты түрде тәуелді. Сонымен ламинар жылжу кезінде қиылық бойынша жылдамдықты бөлудің параболалық қалпы бар. Қабырға бойымен тараған жылдамдық тікелей нөлге тең, ал одан ажыратылған кезде үздіксіз және тербелген қалыпта жоғарылайды, осы кезде ол 2.1.1 суретке сәйкес, құбырдың ең көп мөлшеріне жетеді. Мұндай жағыдайда орташа жылдамдық ең көп мөлшердің жартсымен тең болады.

Турбуленттік ағыс кезінде, ағынның әрбір нүктесіндегі жылдамдық көлеміне орай өзгеруі және кейбір орташа мағына мөлшеріндегі бағыты да өзгереді. Сондықтан турбуленттік ағын өз табиғатында айқындалмаған болып табылады. Турбуленттік ағындарды гидравликалық есептеу кезінде әдетте уақыттың орташа жағыдайымен пайдаланады. Нақты анықталмаған қозғалысты орташа анықталған неғұрлым қарапайым жобасымен ауыстыру оның басты заңдылықтарын сақтаумен бірге турбуленттік ағынның зерттеуін анағұрлым жеңілдетеді.

а) ламинарлы ағыс, б) турбуленттік ағыс

Турбуленттік ядромен тұтқыр қабатшаның арасында жұқа ғана қатынас учаскесі бар, мұнда қабатшаға жақындау мүмкіндігінен турбуленттік тыныстау бірден азайып, орташа жылдамдық та өзара азаяды. Ағынның қалпы радиус бойынша үздіксіз өзгергендіктен осы телімдер арасындағы шекараны тек қана шартты түрде анықтауға болады.

Сұйық қозғалыстың осы және басқаша жағдайда, нақты қалайша болатындығын нақтылау 1883 жылы енгізілді, бұл ағылшын физигі Рейнольдстың тәжрибесінің нәтижесінде болған еді. Кейбір теориялық тұжырымдар мен осы тәжірибелердің нәтижелеріне сүйене отырып Рейнольдс ортақ жағыдайды анықтады, мұнда сұйық жылжуының ламинарлы және турбуленттік тәртібінің болуына, небір тәртіптен екіншісіне ауысуға мүмкіндік бар. Құбырдағы сұйық ағынының тәртібі осы қозғалысты анықтайтын негізгі факторларды ескеретін шексіз сандардың көлеміне қатысты болады екен, орташа жылдамдық w, құбыр диаметрі d, сұйық тығыздылығы ρ және оның абсолюттік тұтқырлығы μ. Бұл сан мына түрде
(2.1.1)
болады (кейін бұған Рейнольдс саны деген атау берілді).

Егер кинематикалық тұтқырлығы түсінігін енгізсек, онда Рейнольдс санының кез-келген формасының қиылысуы үшін мына формуламен анықталады

Ламинарлы қозғалыстан турбулентікке ауысатын Рейнольдс сандарының мағынасын Рейнольдс санын жоғарғы критикалық саны деп аталады және (Rе_кр)_в белгілейді. Көлем (Rе_кр)_в құбырға ену жағдайына, конвективті ағын мен сұйықтағы алғашқы қарсылықтың болуы не болмауына қатысты.

Турбуленттік тәртіп ламинарлыққа ауысатын Рейнольдс санында төменгі критикалық сан деп аталады (Rе_кр)_н.

Ламинар қозғалыстың тұрақсыздығы және оның турбуленттіке ауысатындығы, сонымен қатар Рейнольдс

критикалық сандарының көлемдігі туралы мәселелер эксперименталды және теориялық зерттеуде, дегенмен осы уақытқа дейін тиісті шешімін таппай отыр. Дөңгелек құбырларды есептеуде Рейнольдстың критикалық сандары мына мағынаға ие болады (Rе_кр)_н=2300, бұл сұйықтың турбуленттіктен ламинарлыққа ауысуын көрсетеді, осы кезде критикалық сан (Re) ауқымды көлемге ие болды (толқынды ену үшін ол 2000 дейін жетуі мүмкін).

Қазіргі кезде, тәжірибеде Рейнольдс санының критикалық мағынасының бірінен ғана алу қалыптасқан, яғни Re < 2300 ламинарлы тәртіп, ал Re > 2300 турбуленттік тәртіп.

2.2.1 суретке сәйкес сұйық қозғалысының тәртібін зерттеуге арналған тәжірибені қондырғы 1 үнемі ағымдағы бактан тұрады, бұдан сұйық 2 вентиль арқылы су құбырына түседі. Ағынды бакқа сұйық қозғалысының қалпын бақылау үшін түссіз құбыр 3 қосылған. Сұйықтың шығы, яғни оның жылдамдығы 4 вентильмен реттеледі. 4 вентильдің әсерінен болатын қарсылықты азайту үшін қосымша көлем 5 қарастырылған. Сол құбырымен аққан су 9 өлшеуші ыдысқа немесе 10 шланганың көмегімен канализацияға өтеді. Боялған сұйық 4 бочкадан боялған сұықтың тасымалын реттеу үшін қызмет ететін, 7 кранға түседі, 8 құбырға жұқа тамшылар түрінде негізгі ағын енгізіледі.

2.2.1 сурет - Зертхананың қондырғылардың суреттемесі

2.3.1 Зертханалық қондырғылардың бөлшектері және жабдықтары мен танысу.

2.3.2 Боялған сұйықты бачекке 6 құйып, сумен толтыру.

2.3.3 4 вентильді толық жабық тұрған қалпынан бастап біраз ашыңқырап, шыны түтіктегі ағыстың ламинарлы тәртіп орнату (бояудың тамшылары ағында айқын көрінуі керек және олар негізгі ағынмен араласпауы керек).

2.3.4 10 шланганы 9 өлшеуші дысқа бағыттап бір мезетте секундомерді қосу. Секундомерді өлшеуші ыдысты V көлеміне дейін толтырғаннан кейін тоқтату керек және уақытын жазу.

2.3.5 4 вентильдің ашылуын біртіндеп күшейте отырып ламинарлы тәртіптің турбуленттің ауысу сәтін анықтау (боялған тамшылардың негізгі ағыстың суымен толық араласу сәті).

2.3.6 4 вентильді толық ашып құбырдағы ағыста турбулентті тәртіп орнату. 4-ші тармақты қайталау.

2.3.7 4 вентильдің ашылуын азайта отырып турбулентті тәртіптің ламинарлыға ауысу сәтін белгілеу. Бұл жағдай үшін Рейнольдстың төменгі критикалық сандары есептеледі. 4-ші тармақты қайталау.

2.3.8. Өлшеу нәтижелерін өңдеу. Осымен қатар есептеп шығару:

а) формула бойынша көлемдік шығыны, м³/с,

V - өлшеу ыдыстағы судың көлемі, м³;

τ - өлшеу ыдысының толған уақыты, с;

б) шыны құбырдағы ағынның орташа жылдамдығы, м/с,

в) Рейнольдс саны (2.1.2) формула бойынша.

2.3.9 Тәжірибелі және есептеу деректерінің нәтижелерін 2.4.1 кестеге енгізу.

2.3.10 Сұйық ағынына тән тәртіпті анықтау.

2.3.11 Жұмыстың басында көрсетілген тәжірибе бойынша табылған Рейнольдстың критикалық сандарына салыстыру жасау.

4. 
   Жұмыс туралы есеп беру
   

Тәжі-реб-ң нөмірі	Сұйық көлемі	Өлшеу уақыты	Шығын Vсек,	Жылдам-дық w, м/с	Рейнольдс саны, Re	Сұйық қозғалы-сының тәртібі