МУ 4

Лабораторная работа № 4

Определение коэффициента гидравлического сопротивления по длине трубопровода круглого сечения

Гидравлическое сопротивление трубопровода по длине (линейное) обусловлено вязкостью жидкости и шероховатостью стенок трубы Δ.

Потери напора, вызываемые линейными сопротивлениями. определяются по закону Дарси

h_l = λL/d * V²/2g

где λ называется коэффициентом гидравлического трения (коэффициентом Дарси); он зависит в общем случае от режима течения жидкости (числа Рейнольдса) и относительной шероховатости стенок трубопровода Δ/d , L, d - длина и диаметр трубы , V - средняя скорость потока жидкости

Цель работы

Основной целью данной работы является определение опытного значения коэффициента гидравлического трения, выбор соответствующей расчетной формулы для λ ( в зависимости от характера гидравлической шероховатости стенок трубы) и сравнение результатов расчета и опытов.

В связи с этим поставлены к выполнению следующие задачи:

1. экспериментальное определение коэффициента _ λ_оп__ при равномерном течении жидкости

2. определение эквивалентной шероховатости Δ_э _ трубы ( по графику Мурина или номограмме)

3. установление зоны шероховатости и соответствующей расчетной зависимости для _λ_расч_

Описание лабораторной установки

Установка для проведения опытов (рис.1) состоит из напорного бака 1, в котором уровень воды поддерживается на постоянном уровне , трубопровода 2, внутренним диаметром ______ 17 мм , длиной ____ 4,9 м, двух пьезометров 4,5, присоединенных к рабочему участку трубы, мерного бака 7, посредством которого определяется расход воды, и термометра 10 для измерения температуры воды.

Порядок проведения опытов

1. Открыть вентиль 3 и закрыть сливной кран 9

2. Посредством крана 6 установить максимальный расход жидкости, соответствующий максимальной разности показаний пьезометров 4 и 5.

3. Измерить время t наполнения фиксированного объема воды в баке 7 (10 см на шкале водомерного стекла 8 соответствует 0,036 м³ )

4. Записать разность показаний пьезометров h_l =h₅ – h₄

5. Уменьшить скорость воды в трубе путем прикрытия крана 6 и вновь измерить время заполнения 36 литров и h_l Опыты повторить для 6 различных расходов

6. Измерить температуру воды и по таблице найти величину коэффициента кинетической вязкости ν

По окончанию опытов закрыть кран 6 и открыть сливной кран 9.

Обработка результатов измерений

Измерения и вычисления записываются в табл. 1 и 2.

При обработке результатов измерений вычисляются:

1. Расход воды Q = W / t

2. Средняя скорость потока V= 4Q/πd

3. Коэффициент гидравлического трения λ из формулы Дарси

λ = 2gdh_l/v²l

где _h_l - потери напора на опытном участке, определяемые по разности показаний пьезометров 4 и 5

4. Число Рейнольдса Re =Vd/ν

5. По полученным значениям λ и Re с помощью графика Мурина или номограммы определяется относительная гладкость трубы d/Δ- , а по ней – эквивалентная шероховатость -Δ- (высота выступов)

6. Вычислить толщину пристенной ламинарной пленки по формуле _ _δ =32,5 d/Re√ _ и сравнить ее с _Δ_эк_. По соотношению δ и Δ устанавливается зона шероховатости.

7. Шероховатость Δ исследуемой трубы может быть найдена также и из формулы Альтшуля А.Д. λ =0,11 (68/RE +Δ/d ) или Шифринсона Б.Л. λ =0,11 (Δ/d)^0,25- в случае , если опытные значения Re и λ не попадают в область значений на графике Мурина.

8. Расчет ошибки измерений производится по формуле

δλ = Δλ/λ =Δh_l/h_l +5Δd/d +ΔL/L +2ΔW/W +2Δt/t

Контрольные вопросы для подготовки

1. Какие причины вызывают потери напора по длине трубы?

2. какие формулы используются для расчета потерь напора на трение?

3. Как определяются потери напора в данной работе?

4. как определяются в работе расход воды и скорость потока?

5. Каким образом определяется в работе опытное значение коэффициента гидравлического трения?

6. Что такое «эквивалентная шероховатость» и как она определяется в работе?

7. как устанавливается зона шероховатости после экспериментов?

8. Как зависит коэффициент λ от числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубопровода в различных зонах гидравлического сопротивления при турбулентном режиме течения?

9. Какое практическое значение имеет график Мурина?

10. Какие параметры влияют на существование того или ино8го режима течения в трубе?

11. Как определяется в работе режим течения жидкости?

12. Каковы показатели степени при скорости потока для разных режимов течения воды и для разных зон гидравлического сопротивления при турбулентном течении?

13. Укажите необходимые условия существования установившегося равномерного течения в трубе.

14. Как определяется в работе вязкость жидкости?

15. Почему опытное значение коэффициента __ λ __ может существенно отличаться от расчетных величин?

16. Как выбирается формула tдля расчета __ λ __ ?

17. Почему в работе принимается разность показаний пьезометров, присоединенных к концам участка, за величину потерь напора?

таблица 1

Определение ___ λ __

Наименование величины	Опыты
	1	2	3	4	5	6
Продолжительность замера t сек
Объем протекшей воды W м.3
Расход воды Q
Скорость потока
Потери напора
Число Рейнольдса
Коэффициент λ

Примечания d=17 мм L= 4.9м T = =

Таблица 2

Определение зоны шероховатости

Наименование величин	Опыты
	1	2	3	4	5	6
Δ / d по графику Мурина
Шероховатость Δ
Толщина ламинарной пленки δ
Соотношение Δ/δ
Шероховатость из формул Δ

Выводы по работе