3.5. Лабораторная работа n 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ

ТРУБОПРОВОДЕ

Цель работы

Экспериментально определить коэффициент гидравлического сопро­тивления трения и сопоставить его с коэффициентами/ найденными в результате расчета по рекомендуемым формулам.

Общие сведения

Потери энергии (напора) на трение по длине в трубах круглого сечения как при ламинарном, так и при турбулентном режимах движения жидкости определяются по формуле

(1)

где λ - коэффициент сопротивления трения по длине ; 1,й - длина и диаметр трубопровода;

V - средняя скорость;

д - ускорение свободного падения.

Коэффициент λ является безразмерной переменной величиной, за­ висящей от ряда факторов: диаметром, числа Рейнольдса и шерохова­ тости трубы. .

Влияние этих факторов на величину λ проявляется по-разному при различных режимах движения ε трубе. В одном диапазоне на изменение величины числа Рейнольдса в большей степени влияет скорость, а в другом диапазоне преобладающее воздействие оказывают геометрические характеристики: диаметр и шероховатость трубы (высота выступов ше­роховатости А) .

В связи с этим различаю? четыре зоны сопротивления, в которых изменение λ имеет свою закономерность.

Первая зона - вязкого сопротивления; движение ламинарное;

Re<2320; λ

26

Теоретическая формула, вытекающая из закона Пуазейля:

(2)

В таблице приведены значения X~f(Re),вычисленные по формуле 12).

Таблица 3.5

Коэффициенты Дарси ло формуле Пуаэейля

	Λ.	Re	λ	R.	λ	R,	λ
100	0.640	600	0.107	1100	0.058	1600	0.040
200	0.320	700	0.092	1200	0.053	1700	0.038
300	0.213	800	0.080	1300	0.049	1800	0.036
400	0.160	900	0.071	1400	0.046	1900	0.034
500	0.28	1000	0.064	1500	0.043	2000	0.032

Вторая зона - гидравлически гладких труб; режим турбулентный;

?- = f(R₉).

Для определения λ в пределах этой зоны можно пользоваться фор­мулами :

при 4000<R_e <10⁵ - формулой Блазиуса:

(3)

λ= 0.3164/Re⁰²⁶.

График для нахождения λ по формуле (3) приведен на установке, при 4000<R_e < 3*10^s - формулой П.К.Канакова :

λ =1/(1.81 lg R,-1.5)2. ' , ._. (4)

Значения λ, вычисленные по формуле П.К.{Санвкова, даны на уста­ новке. . ,

Третья зона - доквадратичного сопротивления/ переходная от зо­ны гидравлически гладких труб к зоне квадратичного сопротивления; режим турбулентный; λ-f(R^,A). Значения А для различных труО даны в справочной литературе [3j.

Среднее значение шероховатости для стальной трубы Δ = 0.2-1,0. Нижний предел дан для новых труб, верхний - для сильно заржавлен-нкх.

27

Ориентировочные границы зоны определяются неравенством 20d/A< R_e < 500d/A.

Для определения λ в этой зоне можно пользоваться формулой А.Д. Альтшуля:

λ =0.11 (Δ/d + 68/R_e)^1/4 ,

(5)

Номограмма для определения λ к формуле А.Д.Альтшуля дана на установке.

Четвертая зона - квадратического сопротивления шероховатых труб; режим турбулентный. Нижней границей зоны является неравенство R_e > 500а/Д.Для определения λ в этой зоне можно использовать формулу Б.Л.Шифринсона :

λ =0.11 (Δ/d)⁰·²⁵ (6)

и рядадругих авторов [1,3,4,7].

Экспериментальная установка

Рис. 3.5.1. Схема экспериментальной установки

Для определения коэффициента λ используют экспериментальную установку, схема которой представлена на рис. 3.5.1.

28

Установка состоит из трубопровода постоянного сечения d . Для измерения давления в начале и конце участка трубопровода установле­ны пьезометры. Вода из водопровода поступает в напорный бак, оттуда в трубопровод установки. Уровень воды в напорном баке при помощи слива поддерживается постоянным на протяжении всего опыта. С по­мощью установленного крана в конце трубопровода можно регулировать расход воды. Из трубопровода вода поступает в мерный бак.

Порядок выполнения работы

1. Заполнить напорный бак водой из водопровода.

1. Проверить работу пьезометрических трубок. Если в трубках нет воздуха, то при закрытом вентиле на конце опытного трубопрово­ да уровень в пьезометрических трубках должен быть на одной высоте.

2. Открыть вентиль на конце опытного участка трубопровода, и установить постоянный расход воды Q.

3. Измерить расход воды объемным способом,и снять показания пьезометров.

2. Измерить температуру воды на выходе исследуемой трубьь

3. Определить зону гидравлических сопротивлений.

Обработка результатов опыта

1. Установить расход и определить среднюю скорость течения жидкости

Расход определить опытным путем по мерному баку и секундомеру. 2. Вычислить число Рейнольдса

R_e =(Vd)/v.

4. Определить коэффициент сопротивления трения по данным экс-

3. Определить потери напора по длине h„=Pi/y - Pj/γ.

4. О: пергамента

_OTg_e

5. Определить зону гидравлических сопротивлений.

5. Вычислить для найденной зоны коэффициент Яр_ас по одной из введенных формул ,

7. Подсчитать расхождение в процентах между экспериментальными значениями λ?- и подсчитанными путем расчета Хр_ас по зависимости

Δλ =1

29

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 3.5,1 и 3.5,2

Таблица 3.5.1 Результаты измерений

NN пп.	Диаметр d.	Длина L,	Темпе­ратура	Вязкость ^v'	Объем	Время т,	Показания пьезометров, см
	см	см	t?C	см/с^2	СМ^3	С	^и 1 ' 2

Таблица 3.5.2

Результаты вычислений

NN	Расход	Скорость	Потери	Число	Коэффициент λ [ Αλ,
ПП.	см^3/с	см/ с	напора Н„ см	R.	λοπ	Дра с	%
					Г

Элементы научных исследований

1. Определить зону гидравлических сопротивлений.

2. Построить графическую зависимость

1д/1ООЯ)=£(igR,) .

3. Экспериментальные данные сравнить с теоретическими значени­ ями, построить зависимость

Ig{IOOX_Taop)=f(lgR,) .

4. Дать анализ полученным зависимостям.

31