Л.Л. Моисеев Определение потерь напора на местных сопротивлениях
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра стационарных и транспортных машин
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА НА МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ
Методические указания к лабораторной работе по курсу “Гидрогазодинамика” для студентов направления 550900 “Теплоэнергетика”
Составители Л.Л. МОИСЕЕВ В.П. РЫНДИН
С.Ю. ХАРЧЕНКО
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 196 от 11 апреля 2002г. Рекомендованы к печати методической комиссией по направлению 550900 Протокол № 6 от 28.06.02
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2003
1
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Освоение методики измерений потерь напора в местных сопротивлениях, определение коэффициентов местных сопротивлений.
2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1.Виды местных сопротивлений
Местными сопротивлениями называются участки трубопровода, где поток изменяет сечение, скорость, направление движения (фасонные части трубопровода, запорная арматура и т.д.).
Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:
hм = ζυ2/2g, |
(2.1) |
где hм - потери напора в местном сопротивлении; ζ - коэффициент местного сопротивления; υ - средняя скорость за местным сопротивлением; g - ускорение свободного падения.
Коэффициенты местных сопротивлений при турбулентном течении определяются почти исключительно формой местных сопротивлений и очень мало меняются при изменении абсолютных размеров русла, скорости потока и вязкости жидкости, т.е. с изменением Rе.
Наиболее простые местные сопротивления: внезапное расширение, внезапное сужение, повороты резкие, повороты плавные, диффузор и т.п.
Коэффициенты местных сопротивлений находят, как правило, опытным путем. Таблицы значений этих коэффициентов содержатся в гидравлических справочниках.
3.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
3.1.Описание лабораторной установки
Экспериментальная установка для исследования местных сопротивлений (рис.1) состоит из последовательно соединенных местных сопротивлений:
1) внезапного расширения (переход с трубы меньшего диаметра на
2
трубу большего диаметра) с пьезометрами 1;
2)внезапного сужения с пьезометрами 2;
3)поворотов:
а) резкого на 90° с пьезометрами 3; б) плавного на 90° с пьезометрами 4; в) плавного на 70° с пьезометрами 5; г) резкого на 70° с пьезометрами 6.
Регулирование расхода воды осуществляется вентилем 7. Измерение расхода производится мерным баком 8 с пьезометром 9 и вентилем 10 для слива воды.
6 |
5 |
4 3 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
7
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d3 |
d1 |
|
|
|
8 |
d2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
3.2. Порядок выполнения работы
Откройте вентиль 7, подайте воду с небольшой скоростью в участок трубопровода. Перед началом проведения опытов убедитесь в том, что пузырьки воздуха вышли из пьезометров, и показания их находятся в пределах шкалы измерения.
После достижения установившегося движения закрывается вентиль 7 в мерном баке 8 и с помощью пьезометра 9 и секундомера определяется количество воды, вытекшей за определенное время (время замера 1-3 мин). Одновременно берут разность отсчетов по пьезометрам 1, 2, 3, 4, 5, 6. Измеряется температура воды. Число опытов должно быть не менее 5 при разных расходах. Данные замеров вводятся в табл. 1.
3
3.3. Обработка экспериментальных данных
По данным замерам (табл. 1) вычисляются требуемые величины:
1. Объем воды, вытекшей за время опыта: |
|
|
W = S∆h, |
|
(3.1) |
где S - площадь сечения мерного бака; |
|
|
∆h - приращение уровня воды в мерном баке за время наблюдения: |
|
|
∆h = h1+ h0; |
|
|
ho - уровень воды в мерном баке в начале опыта; |
|
|
h1 - уровень воды в мерном баке в конце опыта. |
|
|
2. Секундный объемный расход воды: |
|
|
Q = W/τ, |
` |
(3.2) |
где τ - время проведения опыта. |
|
|
3. Скорость движения воды |
|
|
υ = Q/ω, |
|
(3.3) |
где ω- площадь сечения трубы.
4. Потери напора в местных сопротивлениях.
Потери напора в местных сопротивлениях определяются по уравнению Бернулли, составленному для двух сечений: перед местным сопротив-
лением и после него.
z1 + P1/ρg + α1υ12/2g = z2 + P2/ρg + α2υ22/2g + hw.
Для горизонтального трубопровода z1=z2. Тогда для любого сопротивления потеря напора:
hw = P1/ρg - P2/ρg + α1υ12/2g - α2υ22/2g, |
(3.4) |
где P1/ρg – P2/ρg - разность показаний пьезометров до и после сопротивления; α1; α2 - коэффициент кинетической энергии потока для турбулентного
режима
α1=α2 1,06÷1,1.
5. Опытные значения коэффициентов местного сопротивления определяются из формулы (2.1). Теоретические значения коэффициентов местного сопротивления для внезапного расширения и внезапного сужения определяются соответственно по формулам
ζв.р = (ω1/ω2 - 1)2; |
(3.5) |
ζв.с. = 0,5(1 - ω1/ω2)2, |
(3.6) |
4
где ω1 и ω2 - площади сечения трубы до и после местного сопротивления.
6. Результаты расчетов сводятся в табл. 2. Опытные значения коэффициентов местного сопротивления сопоставляются с теоретическими.
Таблица 1
Данные замеров
|
|
, |
№опыта |
Продолжительность опыта, с |
Площадьмерного бака м |
|
|
2 |
|
τ |
S |
|
|
|
Уровень воды в |
Разность показаний пьезометров, м |
|||||||||
мерном баке, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
началев опыта |
|
разностьуровней |
внезапноерасширение |
внезапноесужение |
|
повороты |
||||
концев опыта |
|
|
|
|
|
|
||||
резкий= 90 |
плавный= 90 |
|
плавный= |
70 |
резкий= 70 |
|||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
h0 |
h1 |
∆h |
∆рв. р. |
∆рв. р. |
|
∆рп / |
|
ρg |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ρg ρg
Таблица 2
1 |
местных сопротивлений |
|
Расчетные данные для |
5
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
Теоретический |
|
|
|
|
плавный |
70=α |
коэффи циент сопротивле- |
ния |
|
|
w |
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
Теоретический |
|
|
|
Повороты |
резкийплавный |
90=α |
коэффи-коэффи |
циентциент |
сопро-сопро- |
тивле-тивле- |
нияния |
|
w |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
оп |
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
Теоретический |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
Теоретический |
|
|
сопротивленияМестные |
сужениеВнезапное |
-коэффи -социентскоростьрезкий 90=-противводыα ления |
коэффи |
циент |
сопро- |
тивле- |
ния |
|
υ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретический |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вконцеучастка,м/с |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
υ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вначалеучастка,м/с |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расширение |
коэффициентсопротивления |
|
|
|
|
|
|
Теоретический |
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опытный |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Внезапное |
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеринапора,м |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорость |
воды |
|
|
|
|
|
Вконцеучастка,м/с |
υ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
υ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вначалеучастка,м/с |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
/с |
Расходпомерномубаку,м |
Q |
|
|||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номеропыта |
|
|
6
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Виды потерь напора.
2.Чем вызываются потери напора в местных сопротивлениях?
3.Как определяются потери напора в местных сопротивлениях?
4.В каких местных сопротивлениях потери напора равны разности показаний пьезометров, установленных до и после местного сопротивления?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. - М.: Недра, 1981. - 295 с.
2.Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы / Т.М. Башта и др. - М.: Машиностроение, 1970. - 504 с.
3.Гидравлика, водоснабжение, канализация / В.И. Калицун, В.О. Кедров, Ю.М. Ласков, П.В. Сафонов. - М.: Стройиздат, 2000.
4.Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 672 с.
7
Составители Лев Львович Моисеев
Владимир Прокопьевич Рындин Сергей Юрьевич Харченко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА НА МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ
Методические указания к лабораторной работе по курсу «Гидрогазодинамика»
для студентов направления 550900 «Теплоэнергетика»
Редактор Е.Л. Наркевич
Подписано в печать 30.08.02 Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч. – изд. л. 0,5. Тираж 75 экз. Заказ № ГУ КузГТУ. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ КузГТУ. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного 4А.