МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ КРЕМЕНЧУГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

⁴ ' ✓

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к: ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ «ГИДРАВЛИК , И ПВДРОПШВМОПРИВОД» ДЛЯ СТУДЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ДВНЕВНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ (ПЕРЕИЗДАНИЕ

)

Председатель методического совета

Утверждено методическим советом университета Протокол № 19 от 30.03.2004 г.

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика и гидропневмопривод» для студентов машиностроительных специальностей дневной и заочной форм обучения (переиздание)

Составители: доктор технических наук, профессор А. А. Федорец доцент Н.В. Старков

Кафедра станков и станочных комплексов

Лабораторная работа № 1 Приборы для измерения давления, скорости потока и расхода

жидкости

Цель работы

Изучить принцип действия и конструкцию наиболее распространен­ных приборов для измерения давления, скорости и расхода жидко­сти.

1.1.Измерение давления жидкости

Давление жидкости измеряется пьезометрами и манометрами.

Пьезометры применяются для измерения положительного

труоку

Избыточное давление Р_т6 в произвольной точке А. жидкости равно:

давления и представляют собой стекяяннуКГС открытым в ашосферу верхним концом. Нижний конец пьезометра соединяется с местом измерения давления (рис 1.1). Под действием давления жидкость в пьезометре поднимается на высоту h, измеряемую по вертикальной шкале.

Рис. 1.1. Пьезометр и трёхходовой кран

РизГ=У(Ь+Ь,),

где: h - показание пьезометра;

(1.2)

h[ - смещение нуля пьезометра относительно точки А. U - образный манометр (рис 1.2) представляет собой U - об­разную стеклянную трубку, заполненную до некоторого уровня ра­бочей жидкостью. Конец одной ветви манометра соединяется с ме­стом измерения давления, конец другой открыт в атмосферу.

Рис. 1.2. U-образный манометр

Для отключения прибора и удаления из него воздуха открыт трёхходовой кран 2. Если манометр ртутный., то избыточное давле­ние в точке. А будет:

Рчзб Tpr ' h Уж ' h 1₁

где урт~ объемный вес ртути;

(1.1)

у_ж - объемный вес жидкости в системе; h I - разность уровней точки А и рабочей жидкости в левой трубке,

h - показание манометра (разность уровней в трубках манометра.

Дифференциальный манометр применяется для изучения раз­ности давления.

На рис 1.3 изображена схема U - образного дифференциально­го манометра, который состоит из U-образной стеклянной трубки, примерно до середины заполненной рабочей жидкостью.

рис 1. 3 Дифференциальный манометр

(1.3)

Ветви трубки присоединяются к местам измерения давления. Под действием разности давлений, рабочая жидкость, например ртуть_;в ветвях перемещается. Разность давлений можно выразить по зави­симости:

Р1-Р2 =У_РтЬ-у_х(Ь₁-Ь₂),

где объемный вес ртути;

у_х - объемный вес жидкости в системе; значения b, h / и Ь₂ - показаны на рисунке.

Пружинный манометр с одновитковой трубчатой пружиной. (рис. 1.4). Основной деталью манометра является согнутая по дуге

окружности полая трубка, имеющая в сечении овальную форму. Один конец трубки запаян. Измеряемое давление передаётся внутрь трубки через второй открытый её конец. При увеличении давления трубка разгибается. При этом стрелка прибора, связанная со свобод­ным концом трубки через передаточный механизм, поворачивается на некоторый угол, пропорциональный измеряемому давлению.

Рис. 1.4. Пружинный манометр

1.2 Измерение скорости потока

Для измерения местных скоростей потоков применяют гидро­динамические трубки (рис. 1.5). Определение скоростей с помощью гидродинамических трубок основано на измерении динамического давления у¹ jig, равного разности полного Р₂ — у h₂ и статического Р, = у h, давлений в потоке. Статическое давление измеряется труб­кой пьезометра 2 (см. рис.), а полное давление трубкой 1.

<

2 1

Рис. 1.5. Трубки полного и статического напоров По измеренной разности высот жидкости в трубках Ah = h? - h, вычисляют скорость потока в точке А.

V = а/2gAh , (1.4)

Гидродинамическая трубка представляет собой комбинацию в одном приборе трубок полного и статического напоров (рис. 1.6). Основной частью гидродинамической трубки является измеритель­ный цилиндр 2. Носок цилицдра имеет полусферическую или кони­ческую форму. Приёмником полного давления />? является отверстие 1 осевого канала цилиндра.

Рис. 1.6, Гидродинамические трубки

Рис. 1.6а.

Установка гидродинамической трубки Для приёма статического давления на боковой поверхности цилинд­ра выполнены канавки 7, закрытые кожухом 4, с прорезями в кожухе 3. Отверстие 1 и канавки 7 соединены со штуцерами 9 и 10, к кото­рым подключён дифференциальный манометр для измерения разно­сти Ah полного и статического напора.

г

13 Измерение расхода жидкости

1. Объёмный способ измерения расхода заключается в следующем: а) поток жидкости из системы поступает в ггротарированный пред­варительно бак. Таким образом, определяют объём жидкости W как разность конечного объёма W₂ и первоначального объёма W,. W=W₂-W,. (1.5)

Время /наполнения объёма ^определяют по секундомеру. Расход жидкости Q вычисляют по зависимости:

q=-5- (1-6) t

2. С помощью мерной диафрагмы, сопла или тру бы Вентури.

Этот способ основан на создании в потоке перепада статиче­ских напоров, путём уменьшения его сечения с помощью специаль­ных устройств: мерной диафрагмы (рис. 1.7), сопла (рис. 1.9) или' трубы Вентури (рис. 1.8). Между перепадами статических напоров и расходами жидкости имеется определённая функциональная взаи­мосвязь.

■{О

Рис. 1.8. Труба Beigrypn

Из приведенных схем видно, что наиболее простым прибором является диафрагма, однако она имеет наибольшее гидравлическое сопротивление и вызывает значительные потери напора. Наиболее совершенной в отношении гидравлического сопротивления является труба Вентури.

Рис. 1.9. Сопло

Для измерения перепадов статических напоров ДН сужающие устройства обычно снабжают дифференциальными манометрами.

Зависимость между перепадом ДН и расходом Q можно пред­ставить в виде:

<?= Ы&Н, (1.7)

где : С - постоянная водомера;

ДН - перепад статических напоров. При использовании дифференциальных манометров, в кото­рых рабочая жидкость имеет плотность отличающуюся от плотности основного потока, величина определяется по формуле:

Ш=^Рр~~^РЪ_р, (1.8)

Р

где: р_р - плотность рабочей жидкости в дифференциальном манометре;

р - плотность жидкости в трубопроводе; hp - перепад на дифференциальном манометре.

и

Лабораторная работа № 2

Изучение уравнения Д. Бернулли и построение пьезометрическойj и напорной линий

Цель работы

Целью работы является изучение геометрической и) физической интерпретации (смысла) основного уравнения гидродинамики - уравнения Д. Бернулли, а также построение пьезометрической и напорной линии при движении жидкости в трубе переменного сечения.

Основные положения

Для двух произвольных сечений потока реальной жидкости уравнения Д. Бернулли можно записать в виде:

„ Р_{ а, У,² Р_г a₂V₂^z

pg 2g ^ pg 2g ⁽²¹>

Все составляющие уравнения (2.1) имеют линейную размерность, что позволяет представить уравнение Д. Бернулли в виде суммы 3-х отрезков.

Zi и Z₂ - геометрические напоры в сечениях 1-1 и 2-2 или расстояния от начала координат (плоскости сравнения) до центров тяжести сечений (м).p, p₂

и -пьезометрические напоры в сечениях 1-1 и 2-2.

Pg Pg

Р- Р_&1см\, Размерность ^— ~Ti Г ~ \^см^^м)- Это высота подъёма PS 7 «г! см

жидкости в пьезометрической трубке, т. е. расстояние от центра сечения до уровня воды в пьезометре.

ar,F,² a₂V₂

~2g~^U ~2g скоростные напоры в сечениях 1-1 и 2-2.

V/и V₂~ скорости в сечениях 1-1 и 2-2. аИ _ (м/с)²

~2g ~ м/с¹ ~ Р^{асстояние 07} УР^овня жидкости в

пьезометре до уровня в скоростной трубке.

а = 1,054,1 для турбулентного режима движения жидкости - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса)^ а = 2,0 - для ламинарного режима,

h_w - потери напора между сечениями 1-1 и 2-2, на преодоление сил трения (м).

Сумма геометрического, пьезометрического и скоростного напоров является полным гидродинамическим напором Н, т. е.

„ Р аУ² „

г 8

PJ 22

ъ. 53

Y3

Н₂ - полный гидродинамический напор в сечении 2-2. Таким образом, с геометрической точки зрения уравнение Д.Бернулли можно сформулировать так: величина полного гидродинамического напора при движении реальной (вязкой) жидкости уменьшается в направлении движения на величину потерь напора на преодоление сопротивления трения.

Рассмотрим уравнение Д. Бернулли с физической точки зрения. Определим удельную потенциальную и удельную кинетическую энергии в сечении потока. Вспомним, что удельной энергией называется энергия единицы веса жидкости. Потенциальная энергия положения массы Дт, находящейся на высоте Z от начала координат,будет:

Е„ = AmgZ; вес G = Amg, тогда удельная потенциальная энергия положения:

(2.4)

Е„ AmgZ

= Z.

G A rng

Т.е., Z| и Z₂ представляют собой удельную потенциальную энергию положения в сечениях 1-1 и 2-2.

Аналогично, если жидкость под действием давления поднята Р

на высоту , то удельная потенциальная энергия давления будет:

A mg~ _ Р8 '

Л Р^

Т.е., ^и - удельные потенциальные энергии давления bi Р& Рь I

сечениях 1-1 и 2-2.

Кинетическая энергия массы Am будет:

_ AmV¹

El =■

2

Удельная кинетическая энергия:

Е_к _ АтУ² _У^{2 вк}~ G ~2-6mg~2g' ⁽²⁶⁾

atf a₂V₂² _

Т.е., 2 g 2 g У^{дельная} кинетическая энергия в

сечениях 1-1 и 2-2. Следовательно, уравнение Д.Бернулли можно записать в виде:

е, = е₂ + h_w, (2.7)

7+^Р>₊^а>^Г>^г = ■£< pg ^Tg—^полная удельная энергия в сечении

7 и. ^Рг +

1-1; е₂ = ^г 2g—^полная удельная энергия в

сечении 2-2; h_w - потери удельной энергии на преодоление сил трения.

Таким образом, с физической точки зрения уравнение Д. Бернулли является законом сохранения энергии для потока реальной (вязкой) жидкости. Или (из уравнения 2.7) можно сделать вывод, что величина полной удельной энергии потока реальной жидкости уменьшается при движении на величину потерь на преодоление сопротивления трения.

В опыте легко продемонстрировать переход одного вида энергии в другой. Так, на суженном участке трубы скорость движения жидкости увеличивается. Следовательно, увеличивается

удельная кинетическая энергия ^а ^ (скоростной напор) и

²?

уменьшается удельная потенциальная энергия давления — (пьезометрический напор).

Экспериментальная установка

На рис.2.1 приведена схема экспериментальной установи Установка состоит из напорного бака 1, к которому подсоедини труба переменного сечения 2.

С помощью переливного приспособления в баке поддерживается постоянный уровень. Наполняется бак открытие вентиля В,. Труба переменного сечения 2 оборудована вентилем I для регулирования расхода жидкости. Перекидное устройство направляет поток либо на сброс в сливную систему, либо протарированный мерный бак 4.

Рис 2.1. Схема экспериментальной установки

h.

Й

i6

По длине трубы 2 установлены пьезометры, при помощ которых, можно измерить пьезометрический напор в сечениях проследить за изменением пьезометрической линии вдол трубопровода при изменении расхода.

На лицевой стороне стенда нанесены проекции оси трубы, плоскость сравнения (начало координат), указаны величины смещения нулей пьезометров на трубе переменного сечения В и смещения А, шкалы пьезометра бака 1. Указаны также величины геометрических напоров Z_u Zz и Z₃ (для данной установки величины постоянные) и диаметры трубы d,,d₂Hd₃.

Порядок выполнения работы

1. Установить перекидное устройство в положение «слив».

2. Открыть вентили Bi и В₂ и установить такой режим, при котором будет поддерживаться постоянный уровень жидкости в баке 1.

3. При установленном режиме записать в таблицу 2.1 показания пьезометров ho; h_t; h₂ и Ьз.

4 Перевести перекидное устройство в положение "замер" и с помощью секундомера определить время t заполнения объёма AW.

5. Записать в протокол значения постоянных величин А; В; Z_t; Z₂ и

Zj-

Таблица 2.1

ho

h,

h2

h3

w,

W2

t

AW

A

В

Zi

z2

z3

мм

мм

мм

MM

м^3

м^3

сек

л*^1

мм

мм

мм

мм

мм

-

-

Обработка данных опыта

1. Определить объём жидкости AW =W₂ - Wi, расход воды в трубе по замерам объёма AW и времени t:

г> 3/

Q = ~m!C_ (2.8)

2. Определить скорость движения жидкости в каждом из сечений трубы Vi; V₂ и V₃:

Q 40 ,

(2.9)

СО, mil

где d; - внутренние диаметры трубы в сечениях.

3. Определить полный напор в системе:

Но = A+h₀. (2.10)

3. Определить пьезометрические напоры в сечениях: Р

PS

Таблица 2.2 Расчётная величина	Номера сечений	сечения
		1-1	2-2	3-3
Расход Q (м /с)
Скорость V (м/с)
Полный	напор в
системе Н0(м)
Геометрический
напор Z (м)
Пьезометрический
напор P/pg (м)
Скоростной напор
a V^2/2g (м)
Полный	напор в
сечениях Н(м)

и

5. Определить скоростные напоры в сечениях:

аУ² /г„. = - '

(2.12)

° 2g '

где <ii = 1.054.1 - коэффициент кинетической энергии. 6. Определить полны» напор в сечениях по зависимости:

. (2.13)

fig 2g

Результаты расчётов занести в таблицу 2.2

По данным таблицы 2.2 построить в масштабе пьезометрическую и напорную линии.

4

Рис. 2.2. Построение пьезометрической и напорной линии

49

Лабораторная работа № 3

Определение режимов движения жидкости

Цель работы

Определение экспериментальным путём ламинарнол турбулентного режимов движения жидкости.

Основные положения Режим движения, при котором струйки жидкости дви параллельно и не перемешиваются, называется ламинарным, режим возникает при небольших скоростях движения жидко< увеличением скорости течения жидкости Hapyi параллельноструйность и ламинарный режим переход турбулентный, при котором струйки перемешиваются между с При гидравлических расчётах всегда приходится учи' режим движения жидкости, так как он существенно вли! величину потерь напора по преодолению сил трения. I

Режим движения жидкости можно определить, сравнив! Рейнольдса с его критическим значением.

При напорном движении жидкости в круглой трубе

Рейнольдса определяется по формуле:

^Vd

^Re*—, (3.1)

где : V - скорость движения жидкости в трубе; d - диаметр трубы;

v - кинематическая вязкость жидкости. Для русел других форм (открытых или закрытых) j Рейнольдса определяется по формуле:

РО

_где R гидравлический радиус;

и - площадь живого сечения; X - смоченный периметр. Опытами установлено, что при движении жидкости в круглых рубопроводах критическое значение числа Рейнольдса: Re₄,= 2320 ... 4000, (верхний и нижний пределы). При движении в руслах других форм: Re _кр= 580 ... 1000.

Так как в формулах (3.1) и (3.2) величины d, R и v постоянны для данного русла и жидкости, то величина Re зависит только от скорости V. С увеличением скорости увеличивается и число Рейнольдса.

Для круглой трубы:

если Re < Re _кр = 2320 - режим устойчиво ламинарный; если Re> Re ^ - 4000 - режим устойчиво турбулентный; при 2320 < Re < 4000 - переход режима от ламинарного к турбулентному (или наоборот).

Экспериментальная установка

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке

3.1.

Она состоит из напорного бака 1, оборудованного переливным устройством для поддержания постоянного уровня (напора) в баке.

Вода подаётся из водопровода, и величина подачи регулируется краном В.

PJ

п

В бак 1 вмонтирована стеклянная труба 2, с внутре] диаметром d, в которой и исследуются режимы движения жида Для регулирования расхода и скорости движения жидкости в тр] установлен клапан С.

Рис.3.1 Схема лабораторной установки Для визуального наблюдения за режимами движеш стеклянную трубу подводится подкрашенная жидкость из б а Краном К регулируется подача подкрашенной жидкости.

В случае ламинарного режима движения стр подкрашенной жидкости не перемешивается с остал жидкостью. При турбулентном режиме она размывается.

При помощи перекидного устройства 4 вода направлю либо на слив, либо в мерный бак 5 для измерения объёма жидко

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется в следующей последовательности:

1. Заполняется водой напорный бачок 1 до начала перелива путём открытия крана В.

2. Открывая клапан С, устанавливают расход и скорость в трубе 2, соответствующие ламинарному или турбулентному режиму. Режим оценивается визуальными наблюдениями за состоянием подкрашенной струйки, которая пускается в стеклянную трубу открытием крана К.

3. Перекидным устройством 4 поток направляется в мерный бачок 5. Измеряется объём воды A W по тарировочной шкале и время заполнения бачка по секундомеру.

4. Результаты замеров заносятся в таблицу 3.1.

5. Увеличивается открытие клапана С_; и устанавливается новый режим движения жидкости. Замеры AW и t повторяются при новом режиме.

6. Снова увеличивается открытие клапана С и проводится 3-й

ОПЫТ.

7. По результатам измерений проводятся вычисления чисел Рейнольдса (обработка опытов), результаты также заносятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1	Объём AW см^3	Время ^сек	Температура 1 т°с	Обработка данных опытов
				Q см^3/е	V см/с	V см^г/с	d см	Re	Режа двюк ЯН1
1. 2. 3.

Обработка данных измерений

Расход воды определяют по формуле:

_Л A W з

Q = ~—cm tc . (з.з)

Скорость в стеклянной трубе:

„ s 42 .

(3.4)

f- " = —СМ / с

ft) ЯЙ?

где <в - площадь поперечного сечения трубы (см²),

d - внутренний диаметр трубы (см). Число Рейнольдса Re определяется по формуле (: Кинематическая вязкость определяется по справочным данны зависимости от рода жидкости и температуры

Сравнив полученные в опытах числа Рейнольдса с R определяем режим движения жидкости в трубе.

Лабораторная работа №4

Определение коэффициентов местных сопротивлений

Цель работы

Определить коэффициенты местных сопротивлений опытным путём и сравнить полученные результаты с вычисленными по эмпирическим формулам.

Основные положения

При движении жидкости по трубопроводу, на котором установлена различная водопроводная арматура (задвижки, колена, расширения, сужения и т. д.),часть напора расходуется на преодоление местных гидравлических сопротивлений.

Эти потери определяются по формуле Вейсбаха:

V²

~ ^^J"~2g ' ^(4Л)

где h„, - потери напора на преодоление местных сопротивлений (м);

- коэффициент местного сопротивления; V - средняя скорость потока (м/с). В большинстве случаев величина £ м ~ определяется опытным путём.

Опытная установкаОпытная установка (рис. 4.1) состоит из центробежного насоса 1, подающего воду в трубопровод 2, на котором установлена разнообразная арматура: плавный поворот, диффузор, конфузор, змеевик, внезапное расширение и внезапное сужение трубопровода, задвижка и т. д. Расход насоса регулируется задвижкой ЗД-2 и определяется при помощи мерной диафрагмы 3. Для питания насоса установлен мерный бак 4. Величина потерь напора Ьц, на местных сопротивлениях определяется по показаниям дифференциальных манометров 5, подключенных к каждому из сопротивлений.

Рис 1.4. Схема опытной установки Порядок выполнения работы Запуск насоса производится при открытой задвижке ЗД-1 и закрытой ЗД-2. При установившемся расходе в таблицу замеров (4.1) записывают показания hi и h2 на мерной диафрагме и на всех местных сопротивлениях.Таблица 4.1 Протокол испытаний №	Местные	d,	d2	ь,	h2	Ah„
п/п	сопротивления	ММ	мы	ММ	ММ	мм
1.	Плавный поворот	52	-
2.	Диффузор	52	103			—
Гз.	Конфузор	103	52
4.	Змеевик	52	-
5	Внезапное расширение	52	103			-
6.	Внезапное сужение	103	52
7.	Задвижка	52	-
8.	Мерная диафрагма	-	-			AV

Обработка результатов измерений. По показаниям дифференциального манометра мерной диафрагмы (6) определяем расход по формуле:

О = Сл/м (4.2)

где Q - расход (м³/с).

ДЦ-h, - h₂ - перепад давления на мерной диафрагме (м). С=8,274 - 10"^J - постоянная мерной диафрагмы. Перепад давления (Ah_M) на местных сопротивлениях определяется по показаниям соответствующих дифференциальных манометров:

ДЙ„=4-А2 (4.3)

(4.4)

Результаты показаний дифференциальных манометров и вычисленные перепады давления (Ah_m) и (Ah, ) заносятся в таблицу 4.1. Определяются скорости (V|) и (V₂) на каждом из местных сопротивлений по формуле:

' со

Коэффициенты местных сопротивлений вычисляв зависимостям:

для плавного поворота^змеевика и задвижки из формулы Вей

~ у* (4.5)

ч

для диффузора и внезапного.расширения:

р - -А^». • _п d*

для конфузора и внезапного сужения:

fi п t df С⁴-⁷)

Данные расчётов вносятся в таблицу 4.2. Таблица 4.2

Результаты опытов

JVb п/п	Местные сопротивления	9 (м/с)	Ah„ (м)	V, (м/с)	v2 (м/с)	L (опыт)
1.	Плавный поворот				-
2.	Диффузор
3.	Конфузор
4.	Змеевик				-
5.	Внезапное расширение
6.	Внезапное сужение
7.	Задвижка				-

Для сравнения, вычисляются _м по формулам: для внезапного расширения (по теореме Борда)

£вй.Р ⁼ , (4.6)

для диффузора

^г

= J2~¥, (4.7)

где d] - диаметр входа потока; d₂ - диаметр выхода потока.

К = 0,145 - среднее значение коэффициента смягчения удара для углов конусности от 10° - 20° (по Гибсону), Для внезапного сужения

^2

^вн.с-^вхО---^), (4.8)

где £ _8Х= 0,5 - коэффициент входа (по И.Е. Идельчику); для конфузора.

ъкон ~ Ккон(_£~ О² , (4.9)

где £ = 0,64...0,70 - коэффициент сжатия струи;

Ккон⁼ 0,2 - коэффициент смягчения при конусности от

K)V

20° (по А.Д. Альтшулю).

Полученные значения ^ по формулам 4.6» „4.9 вносятся в таблицу 4.2.

Лабораторная работа №5 Определение коэффициента гидравлического

трения (коэффициента Дарен)

Цель работы

(^Цеяью работы является определение опытным коэффициента гидравлического трения по длине трубопров (коэффициента Дарси) при напорном движении жидкости сравнение его с вычисленными по формулам.

Основные положения При движении жидкости в трубах, каналах и дрз| водотоках происходят затраты энергии потока на преодол^ сопротивлений движению (потери напора). Различают два потерь напора: потери напора по длине и местные потери.

Потери напора по длине обуславливаются гидравличес! сопротивлениями по дайне потока вследствие работы сил Потери напора по длине распределяются равномерно на уча^ прямолинейного и равномерного движения жидкости.

Эти потери в общем виде могут быть получены из ypaBsj Бернулли для потока вязкой жидкости:

Р\ , р₂ а К²

К = (^г< +

у 2g у 2g

(5.2)

Для горизонтальной трубы постоянного сечения Z\= г₂\ V₂. Тогда выражение 5.1 принимает следующий вид:

h

"а* ~

7 7

Из выражения 5.2 следует, что можно эксперимен определять потери напора по длине только по пока пьезометров, установленых в его конечных сечениях (и показанию дифференциального манометра).

/Для вычисления потерь напора по длине при движении жидкости по трубам пользуются формулой Дарси-Вейсбаха:

/ V

где Х - коэффициент гидравлического трения; d - диаметр трубы (м);

1 - длина участка трубы (м); V - средняя скорость (м/с); g - ускорение силы тяжести (м/с²), j Эта формула действительна как для "ламинарного, так и для турбулентного режимов движения жидкости.

Коэффициент гидравлического трения X является одной из важнейших величин при определении потерь напора.

Поэтому изучение физических факторов, влияющих на его значение, равно как и установление методов его подсчёта, было предметом самых широких исследований^

Расчётные формулы для X показывают зависимость этого коэффициента (в общем случае) от шероховатости стенок русла и от числа Рейнольдса, т.е

Я = /(&А,

а

где К_э - эквивалентная шероховатость, мм. В зависимости от режимов движения жид1ЗДсти в трубах различают области и зоны сопротивлений, отличающиеся друг от друга характером изменения коэффициента X.

г

При ламинарном режиме движения жидкости коэффициент X не зависит от шероховатости, а зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле:

Границы зоны: 0<Бе<2320.

При турбулентном режиме движения жидкости разлк области гладкостенного сопротивления, дохвадратичного J квадратичного.

В области гладкостенного сопротивления коэффициен определяется по формуле Блазиуса;

, 0,3164

d

Границы области 4000<R^^<10 ■

В области доквадратного сопротивления козффш^ Кэ

X - f (Re, ——) и определяется по формуле Альтшуля: а

d d

границы области 10 — <Re<500 ~ТГ ' '

Кэ Кэ

В области квадратичного сопротивления коэффициент зависит от числа Рейнольдса и определяется по формуле:

Л- OM(f)⁰¹⁵, (5.7)

d

границы области Re >500

Кэ

Экспериментальная установка

Установка для экспериментального опред^ коэффициента гидравлического трения X (рис. 5.1) состо напорного бака 1, центробежного насоса 2, и двух параллЛ

3J2участков прямолинейных труб. Расход в магистрали регулируется задвижкой ЗД-1, установленной на напорном трубопроводе насоса и измеряется с помощью мерной диафрагмы 3 и подключённого к ней дифференциального манометра 4. Отключение трубопроводов 5 или в осуществляется задвижками ЗД-2 или ЗД-З. Для определения потерь напора по длине концы трубопроводов соединены с дифференциальными манометрами 7 и 8.

Рис 5.1.Схема лабораторной установки j Порядок выполнения работы

Перед включением установки проверить закрытие задвижек ЗД-1,ЗД-2, и ЗД-З.

Открыть задвижку ЗД-2 или ЗД-З.

Проверить уровни воды в дифференциальном манометре, подсоединённом к концам трубы. Включить насос и , открывая задвижку ЗД-1₁ по перепаду уровней на диффманометре мернойдиафрагмы, установить в трубопроводе требуемый pi Показания дифференциальных манометров мерной диафраг трубопровода записать в протокол испытаний (таблица 5.1).

Изменяя открытие задвижки ЗД-1 опыт повторить тр]

Обработка результатов измерекий

Расход воды в трубопроводе вычислить по формуле:

6 = 0,262-М, (л.с) (5.7) где Ah = hi - h₂ - перепад напора на мерной диафрагме, м Скорость движения воды в трубе:

(5.8)

где <в - площадь сечения трубопровода. Потери напора на преодоление трения:

(5.9)

Коэффициент гидравлического трения из формулы 5.3

К •^d •²s

Я =

(5.10)

l-V

²

Определить число Рейнольдса по формуле 5.4, 5.5, 5.6 ил соответствующей данной области сопротивлений, определит сравнить его с опытным значением. Таблица 5.1.

Протокол испытаний.

№

Мерная диафрагма

Испыт. труба

,

олы

h,

h2

Ah

Q

h3

h4

Ьдя

V

X

Обл.

тов

мм

мм

мм

Л/с

мм

мм

м

м/с

опыт

Re

сопр

ное

отив

1. 2., 3.

Лабораторная работа №6 Определение коэффициентов скорости и расхода при истечении жидкости через отверстия и насадки