ЛР3
.docКазанский государственный технологический университет
Кафедра ПАХТ
Лабораторная работа №3
Определение потерь напора в прямой цилиндрической трубе
Казань – 2008
Цель работы: 1) определение потерь напора непосредственно из опыта при различных скоростях движения воды;
2) определение потерь напора по длине расчетным путем; 3) сравнение полученных опытных значений с вычисленными.
Описание установки: (рисунок на последней странице) установка состоит из центробежного насоса 14, бака 1, трубопровода, включающего прямую горизонтальную круглую стальную трубу 2, регулировочных задвижек 11 и 13. Потери напора в трубе измеряются дифференциальным манометром 4, присоединенным к начальному и конечному сечениям исследуемого участка трубы с помощью пьезометрических колец и импульсных трубок. Расход протекающей через трубопровод воды регулируется задвижкой 11 и определяется с помощью водомера 3 и секундомера.
Сущность работы: гидравлические потери напора по длине (путевые потери) при течении жидкости в прямой трубе обусловлены трением слоев жидкости друг о друга и о стенки канала и определяются по формуле Дарси-Вейербаха:
Где - величина потерянного напора на прямом участке трубопровода длиной , м; - внутренний диаметр трубы, м; - средняя скорость потока, м/с; - коэффициент гидравлического трения.
Как показывают опыты, коэффициент гидравлического трения зависит от численного значения критерия Рейнольдса и относительной шероховатости стенки трубы, т.е.: . Здесь где - абсолютная шероховатость, т.е. средняя высота неровностей на стенке трубы. Значение коэффициента определяется обычно по эмпирическим формулам, полученным для различных областей сопротивления по кривой Никурадзе.
-
Для ламинарного режима течения, Re<2320, коэффициент для всех труб независимо от их шероховатости определяется из точного решения задачи о ламинарном течении жидкости в прямой круглой трубе по формуле Пуазейля:
.
-
В узкой области 2320<Re<3000 наблюдается скачкообразный рост коэффициента трения. Эта область характеризуется неустойчивым характером течения. Здесь вероятнее турбулентный режим и правильнее всего использовать формулу для области 3, но можно воспользоваться тривиальной формулой:
-
В области гидравлически гладких труб при толщина ламинарного слоя у стенки больше абсолютной шероховатости стенок . Влияние выступов шероховатости, омываемых безотрывным потоком, практически не сказывается, и коэффициент сопротивления вычисляется на основании обобщения опытных данных по эмпирическим соотношениям по формуле Блаузиуса:
.
-
В диапазоне чисел Рейнольдса наблюдается переходная область от гидравлически гладких труб к шероховатым. Коэффициент сопротивления в этом случае рассчитывается по формуле Альтшуля:
-
При толщина ламинарного слоя у стенки достигает своего минимального значения. Коэффициент сопротивления рассчитывают по формуле Шифринсона:
Порядок проведения опытов: открывается задвижка 13 и закрывается задвижка 11. При условии наличия воды в баке 1 пускается насос. Полностью открывается задвижка 11. Измеряется разность давлений по дифманометру 4, время прохождения определенного объёма воды, указанного преподавателем и измеренного водомером 3. С помощью ртутного термометра измеряется температура воды.
Следующие опыты проводят при меньших расходах в той же последовательности. Об изменениях расхода можно судить по показаниям дифманометра. Разница показаний дифманометра от опыта к опыту должна быть достаточно заметной. Всего проводится 4-5 опытов.
Таблица измеренных и рассчитанных величин:
№ |
Па |
м |
V, л |
t, с |
, м³/с |
м/с |
Re |
м |
|
1 |
10 |
0,0010 |
100 |
200 |
0,5 |
0,22 |
10153 |
0,036 |
0,0066 |
2 |
80 |
0,0081 |
100 |
47 |
2,12 |
0,93 |
42923 |
0,031 |
0,1013 |
3 |
200 |
0,0204 |
100 |
28 |
3,57 |
1,56 |
72000 |
0,029 |
0,2667 |
4 |
380 |
0,0387 |
100 |
21 |
4,76 |
2,08 |
96000 |
0,029 |
0,4742 |
5 |
500 |
0,0510 |
100 |
18 |
5,56 |
2,43 |
112153 |
0,029 |
0,6472 |
6 |
610 |
0,0622 |
100 |
16 |
6,25 |
2,73 |
126000 |
0,029 |
0,8168 |
7 |
770 |
0,0785 |
100 |
14 |
7,14 |
3,12 |
144000 |
0,029 |
1,0669 |
8 |
870 |
0,0888 |
100 |
13 |
7,69 |
3,36 |
155076 |
0,029 |
1,2373 |
Расчёты:
Рассчитаем для всех опытов:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Рассчитаем теперь объёмный расход воды:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Живое сечение потока
Рассчитаем скорость потока:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Рассчитаем коэффициент Рейнольдса:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Рассчитаем коэффициент гидравлического трения:
1)
2)
3) Для последующих опытов, значение данного коэффициента будет таким же, как и для опыта 3.
Рассчитаем значение потерь напора по длине:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Вывод: в результате проделанной работы, мы определили потери напора непосредственно из опыта при различных скоростях движения воды. Также мы рассчитали значение расчётным путем и сравнили его с опытными данными.