- •Введение
- •Работа 1. Определение вязкости жидкости
- •Работа 2. Изучение режимов движения жидкости
- •Работа 3. Тарирование расходомера
- •Работа 4. Исследование сопротивления по длине трубопровода
- •Работа 5. Определение коэффициентов местных потерь напора
- •Работа 6. Определение коэффициентов истечения жидкости
- •Библиографический список
Работа 4. Исследование сопротивления по длине трубопровода
[1, ч. 2; 2; 3]
При движении потока реальной жидкости в трубе в результате взаимодействия между струйками потока, а также взаимодействия потока со стенками трубы затрачивается удельная энергия потока (потеря напора).
Потери напора характеризуются гидравлическими сопротивлениями, которые можно подразделить на сопротивления трения по длине и местные сопротивления, связанные с резким изменением формы (деформации) потока.
Потери напора по длине определяются по формуле Дарси:
(4.1)
где - средняя скорость движения жидкости; - коэффициент гидравлического трения по длине трубы; - длина трубы; - внутренний диаметр трубы.
При постоянном сечении трубопровода для каждого установившегося режима движения потока в трубе отношение постоянно и называется гидравлическим уклоном . Таким образом,
(4.2)
В формуле (4.2) для разных режимов движения потока жидкости коэффициент различен и зависит от критерия Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубопровода:
(4.3)
Для ламинарного режима:
(4.4)
Для гидравлически гладких труб, когда число Рейнольдса находится в пределах ( - эквивалентная шероховатость стенок трубы, мм):
(4.5)
Для переходной области, когда число Рейнольдса находится в пределах :
(4.6)
При развитом турбулентном режиме (гидравлически шероховатые трубы), когда , коэффициент трения не зависит от числа Рейнольдса и потери напора пропорциональны квадрату средней скорости потока (автомодельный режим):
(4.7)
Цель работы: количественно оценить потери напора при равномерном движении потока вдоль прямой трубы, определить величину коэффициента трения и сопоставить опытное его значение с рассчитанным по формулам (4.4) - (4.7), найдя соответствующее число Рейнольдса, вычисленное по формуле (4.3).
Описание установки
Работа производится на прямолинейных участках опытного трубопровода (см. рис.3.3), на которых приварены штуцеры I – II и III - IV, расположенные друг от друга на расстоянии 6 м и 4 м соответственно. Штуцеры с помощью резиновых трубок соединены с соответствующими пьезометрами, расположенными на пьезометрическом щите 2. Для определения расхода используется мерная диафрагма с пьезометрами V и VI.
Величину расхода находят по разности показаний пьезометров V - VI, и по формуле .
Для определения потерь напора по длине на трение испытывается участок трубопровода между пьезометрами I - II и III - IV. Показания пьезометров I, II, III и IV (определяются на миллиметровой шкале по нижним точкам менисков с точностью до 1 мм) показывают величину статических напоров потока в этих сечениях . Так как кинематические составляющие напоров в сечениях одинаковы, то разность показаний пьезометров I - II и III - IV равна разности полных напоров потока в сечениях I, II и III, IV и представляет собой потерю полного напора по длине на участке трубы между этими сечениями.
В том, что потери напора по длине при малых значениях числа Re (Re 2320) изменяются по линейному закону, можно убедиться по показаниям пьезометров I, II, III и IV.
Гидравлические уклоны вычисляют в данном случае по разностям показаний пьезометров I - II и III - IV как пьезометрические уклоны:
(4.8)
(4.9)
где м; м.
Порядок выполнения работы
Для определения потерь напора по длине трубопровода (см. рис. 3.3) для четырех режимов движения потока, устанавливаемых руководителем лабораторной работой, снимаются показания пьезометров I, II, III, IV, V и VI в метрах с точностью до 1 см по нижним точкам менисков.
Формулы и данные для вычислений
Разности показаний пьезометров расходомера:
.
Расходы определяют по разности показаний пьезометров V и VI и по формуле:
.
Значение задает преподаватель или его принимают равным полученному в работе № 3.
Гидравлические уклоны по показаниям пьезометров I - II, III - IV вычисляют соответственно по формулам (4.8) и (4.9).
Опытное значение коэффициента гидравлического трения:
.
Расход должен быть измерен в м3/с; диаметр трубопровода на участке I - II равен 0,084 м, на участке III - IV равен 0,054 м.
Критерий Рейнольдса для каждого опыта:
причем значение определяется (см. работу 2) в предположении, что температура воды равна комнатной температуре, измеряемой термометром.
Зная величину шероховатости для лабораторного трубопровода мм), по формулам (4.4) - (4.7) вычисляем значение и определяем область режима движения потока.
Опытные и расчетные данные
Номер опыта |
м |
м |
м |
м3/с |
м |
м |
м |
м |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
по формулам |
по формулам |
||||||
(4.4) |
(4.5) |
(4.6) |
(4.7) |
(4.4) |
(4.5) |
(4.6) |
(4.7) |
||||
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
16 |
17 |
18 |
19 |
Указания к самостоятельной работе
1. Построить зависимости по формулам (4.5), (4.6), (4.7) при мм.
2. Проанализировать границы перехода трех областей турбулентного режима на примере опытного трубопровода.