Контрольные вопросы
1.Дайте определение и назовите признаки установившегося течения
втрубе.
2.Объясните геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.
3.Каков физический смысл уравнения расхода?
4.Дайте определение местной и средней скоростям.
5.Каков физический и геометрический смысл гидравлического ук-
лона?
6.Как измерить потери полного напора на горизонтальном участке трубы постоянного сечения?
7.Объясните взаимное расположение линий полного напора в опытах 1 и 2.
8.Чем определяется форма пьезометрической линии?
9.Может ли быть пьезометрический напор в наиболее узком сечении меньше геометрической высоты? При каком условии?
10. Как определить избыточное давление в сечении напорного трубопровода?
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЕЛ РЕЙНОЛЬДСА
Цели работы:
1.По движению подкрашенной струйки в стеклянной трубе определить характер течения.
2.По данным опытов вычислить значения чисел Рейнольдса и по ним установить границы ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости.
3.Построить график зависимости числа Рейнольдса от средней скорости потока Re = f ( х) .
1. Порядок проведения опытов
Схема установки для исследования режимов движения воды в стеклянной трубе представлена на рис. 1.
76
Модуль № 4, представляющий собой прозрачную цилиндрическую трубу диаметром d=20 мм, закрепляется в кронштейнах нижней секции. Расход воды, протекающей через модуль регулируется игольчатым вентилем ВН1 и измеряется с помощью ротаметров Р1, Р2 или Р3.
|
|
Р1 |
|
|
|
Р2 |
|
Тр3 |
|
Р3 |
|
|
|
||
Тр2 |
|
|
|
Тр1 |
ВН9 |
|
|
|
|
||
|
|
МД №4 |
|
Б1 |
|
ВН1 |
|
|
|
||
|
|
ВН2 |
|
|
|
ВН3 |
|
НМ |
Б2 |
ВН4 |
|
ВН5 |
|||
|
|
Рис. 1. Изучение режимов движения жидкости
Через тонкую трубку, вводимую в боковую поверхность трубы в поток может подаваться струйка краски, расход которой регулируется игольчатым вентилем ВН9.
Измерения проводятся в следующей последовательности:
1.Включить электронасос НМ, плавно открыть вентиль ВН2, при приоткрытом вентиле ВН1.
2.Открывая и закрывая игольчатый вентиль ВН1, по шкале ротаметра Р1 установить по возможности малый расход жидкости в стеклянной трубе.
3.Выдержав время достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием вентиля ВН9 начать подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе. Меняя открытие игольчатого вентиля ВН9 добиться наличия в стеклянной трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком.
4.По ротаметру Р1 измерить расход жидкости в трубе. Показания ротаметра и характер движения струйки краски занести в соответствующие графы протокола.
5.Дополнительно открывая вентили ВН1 и ВН2 увеличить расход жидкости в трубе и после достижения установившегося режима опыт повторить. Провести 5 – 6 таких опытов вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномер-
77
но размывается по толще потока и становится невидимой. По мере увеличения расходов необходимо перейти на работу с ротаметром Р2, для этого перекрыть вентиль ВН2 и плавно открыть вентиль ВН3. Для работы с ротаметром Р3 перекрыть вентиль ВН3 и плавно открыть вентиль ВН4.
2.Порядок выполнения вычислений
1.Умножая показания ротаметров на соответствующие тарировочные коэффициенты определить расход воды в стеклянной трубе Q [л/с].
2.Вычислить скорость движения воды в стеклянной трубе
х = |
Q |
[м/ с] , |
|
S |
|||
|
|
где S - площадь сечения стеклянной трубы.
3. По измеренной в опытах температуре с помощью графика зависимости н= f ( t o ) (см. приложение 3) определить кинематический коэффициент вязкости н.
4 Определить число Рейнольдса
Re = хd ,
н
где d - диаметр стеклянной трубы, равный d = 20 мм.
6. Построить график зависимости Re = f(х) . Все измерения, сделан-
ные в процессе работы, и результаты вычислений занести в соответствующие графы таблиц 1, 2.
Таблица 1
Измеренные величины
№ |
Наблюдаемый харак- |
Показа- |
Темпера- |
|
ния ро- |
тура во- |
|||
п/п |
тер |
таметров |
ды |
|
течения |
||||
|
дел |
оС |
||
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
Таблица 2
Вычисленные величины
78
|
|
Сред- |
Кинемати- |
|
Режим |
|
№ |
Рас- |
няя |
ческий ко- |
Число |
движения, |
|
ско- |
эффициент |
Рей- |
опреде- |
|||
п |
ход |
|||||
/ |
Q |
рость |
вязкости ν |
нольд |
ленный по |
|
тече- |
|
са |
числу |
|||
п |
|
|
||||
|
ния х |
|
Re |
Рейнольд- |
||
|
|
|
||||
|
л/с |
м/с |
см2/с |
|
са |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1.Дать характеристику ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости.
2.Что такое число Рейнольдса и его физический смысл ?
3.Что такое критическое число Рейнольдса ?
4.Какие факторы могут, оказать влияние на критическую величину числа Рейнольдса ?
5.Как распределяется скорость по сечению трубы при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости ?
6.Какая зависимость потери энергии от скорости при ламинарном и турбулентном режимах движения?
7.Почему режим течения определяется по числу Рейнольдса?
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ
Цели работы:
1.Опытным путем определить значения коэффициента гидравлического трения при различных значениях числа Рейнольдса.
2.Сравнить значения λ, полученные опытным путем, со значениями λ, вычисленными по соответствующим эмпирическим зависимостям.
3.Определить толщину пограничного слоя δ.
4.Определить эквивалентную шероховатость трубопровода.
79
1. Порядок выполнения измерений
На рис. 1 представлена схема установки для определения потерь напора на трение в стальной трубе. В кронштейнах нижней секции установлен модуль № 1, представляющий собой стальную трубу диаметром d = 15 мм. Перепад напоров на исследуемом участке трубы L определяется путем измерений пьезометрических напоров в двух сечениях. Для этого используются пьезометры, размещенные на приборной панели и соединенные гибкими трубками со штуцерами отверстий в стенке трубы в двух сечениях. Расход воды в трубе устанавливается игольчатым вентилем ВН1 и измеряется с помощью ротаметров Р1, Р2 и Р3.
Выполнение работы производится в следующей последовательности: 1. Освободив трубки Тр2 и Тр3 от зажимов, установить одинаковый уровень в пьезометрических трубках («нулевое» положение) и снова пере-
|
|
Р1 |
|
|
Р2 |
|
|
Р3 |
Тр3 |
|
|
Тр2 |
|
МД № 1 |
|
|
|
Тр1 |
|
ВН1 |
Б1 |
|
|
|
|
ВН2 |
|
|
ВН3 |
НМ |
Б2 |
ВН4 |
|
Рис. 1. Определение потерь напора трение
жать трубки.
2.Включить электронасос НМ, плавно открыть вентиль ВН4, при приоткрытом вентиле ВН1.
3.Наблюдая за столбиками воды в двух пьезометрах игольчатым вентилем ВН1, установить по шкале ротаметра Р3 наибольший возможный (для данной работы) расход жидкости, и при достижении установившегося режима течения произвести измерения:
•расхода воды по ротаметру Р3;
•показания двух пьезометров.
4. После выполнения измерений и занесения их в таблицу с помощью игольчатого вентиля ВН1 изменить расход и после достижения уста-
80
новившегося режима повторить измерения. Следует выполнить 6 – 8 опытов. Желательно чтобы они охватывали весь возможный диапазон расходов от Q max до Q min , при котором величина потерь напора h f может быть еще достаточно точно измерена.
По мере уменьшения расходов необходимо перейти на работу с ротаметром Р2, для этого перекрыть вентиль ВН4 и плавно открыть вентиль ВН3. Для работы с ротаметром Р1 перекрыть вентиль ВН3 и плавно открыть вентиль ВН2.
5.По окончании проведения работы выключить электронасос и перекрыть вентили ВН1, ВН2, ВН3 и ВН4.
6.Кинематический коэффициент вязкости ν определить соответственно температуре по графику (приложение 3).
2.Порядок выполнения вычислений
1.Умножая показания ротаметров на тарировочные коэффициенты определить расход воды в каждом опыте Qi.
2.Вычислить среднюю скорость течения
х = Q / S,
где S – площадь сечения трубопровода.
3.По средней температуре, пользуясь графиком ν = f (t), (см. приложение 3) определить кинематический коэффициент вязкости.
4.Для каждого опыта вычислить число Рейнольдса
Re = хνd ,
где d = 15 мм – диаметр трубопровода.
5.Определить десятичный логарифм числа Рейнольдса lgRe.
6.Определить потери напора на трение hтр как разность показаний пьезометров.
7.Вычислить опытные значения коэффициентов гидравлического трения по зависимости
λоп = hтр |
d |
|
2g |
, |
|
|
|||
|
l х2 |
|||
где l – длина трубопровода, l = 0,3 м.
8.Определить величины lg (100 λоп).
9.В зависимости от величины числа Рейнольдса по соответствую-
щей формуле (5.6, 5.7, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12, 5.13) вычислить теоретические значения коэффициента гидравлического трения λm и определить величи-
ны lg (100λm ) .
10. Пользуясь формулой Шифринсона λоп = 0,11( / d)0.25 , определить относительную шероховатость /d и затем эквивалентную шероховатость
э. |
30d . |
11. Определить толщину пограничного слоя δ = |
|
|
Re лоп |
81