Порядок проведения опыта
Включить центробежный насос.
Открыть пробковый кран (5), устанавливая тем самым определённую скорость течения жидкости.
С помощью вентиля (2) поддерживать постоянный напор в баке
После того, как в опытном трубопроводе наступит установившееся движение жидкости:
Снимаются показания 2 и 4 пьезометров.
Замерить расход воды объёмным способом. Для этого фиксируется по пьезометру уровень наполнения бака за 85 сек. Замерить температуру воды.
Проводится 3 опыта при разных расходах. Данные замеров записываются в таблицу I. (см. работу 2).
Справочные данные
Значение кинематического коэффициента вязкости воды в см/сек (стоксы) в зависимости от температуры в градусах Цельсия.
15 |
0.011463 |
16 |
0.011177 |
17 |
0.010888 |
18 |
0.010617 |
19 |
0.010356 |
20 |
0.010106 |
22 |
0.009892 |
24 |
0.009186 |
Абсолютная шероховатость поверхности труб (мм)
Сталь углеродистая новая бесшовная 0,01-0,02
Сталь сварная новая 0,05-0,1
Сталь сварная старая 0,5-1,0
Чугун новый 0,3
Чугун очень старый до 0,3
Контрольные вопросы
Что такое идеальная и реальная жидкости?
Что означает выражение "потери напора", учитывая, что в соответствии с законом сохранения энергии энергия не теряется?
Как находится Я, с помощью графика?
Какие виды потерь напора вы знаете?
Как и почему изменяется скорость жидкости по живому сечению трубы?
Как находится коэффициент кинематической вязкости?
Что такое абсолютная и относительная шероховатости?
Что такое гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые стенки?
Какие существуют зоны сопротивления?
Как определяется в работе расход воды?
Что такое установившийся режим движения жидкости?
Лабораторная работа №4
«Определение коэффициента местных потерь при движении жидкости по трубам»
Введение
Методические указания включают в себя: цель работы, изложение основных теоретических положений, описание экспериментальной установки, порядок проведения экспериментов, справочные данные, сформулированы вопросы для самопроверки, приведён список литературы.
1 Цель работы
Экспериментальное определение коэффициентов местного гидравлического сопротивления при внезапном сужении и расширении, а также в колене.
Сравнить опытные данные с табличными, взятыми из справочника.
2 Основные теоретические положения
Местные сопротивления в трубопроводах вызываются различного рода фасонными частями и арматурой (колена, тройники, сужения и расширения, задвижки, краны, вентили, диффузоры и т.д.). Эти сопротивления возникают вследствие изменения вектора скорости движения жидкости либо по величине, либо по направлению. При этом имеет место и перераспределение скоростей. Особенностью всех местных сопротивлений является наличие вихревых зон.
На преодоление местных сопротивлений тратится некоторая часть механической энергии (напора) потока, которая называется местной потерей энергии (напора). При практических работах её принято выражать в долях удельной кинематической энергии (скоростного напора).
В тех случаях, когда скорость потока перед местным сопротивлением и после него будет различна (например, внезапное сужение, внезапное расширение), то потеря напора может выражаться через скоростной напор или перед местным сопротивлением, или после него. В связи с этим общий вид формулы для подсчёта местных потерь напора будет
(4.1)
где
-
средняя скорость движения жидкости в
сечении потока перед местным сопротивлением;
-
коэффициент местной потери (безразмерный).
Величина зависит от вида местного сопротивления, числа Рейнольдса и в некоторой мере от шероховатости стенок, а для различного рода запорных устройств (задвижки, краны и др.) - и от степени их открытия. Ввиду большой степени явлений, происходящих в жидкости, протекающей через местное сопротивление, только и отдельных случаях коэффициент может быть найден теоретически. В преобладающем большинстве случаев определяется опытным путём, применительно тому или иному скоростному напору.
Исследования проведённые Н. 3. Френелем. А. Д. Альтшулем, В. Н. Каревым и другими, показали, что наибольшая зависимость коэффициента от Re наблюдается при ламинарном режиме движения жидкости. Так, например, при весьма малых значениях числа Рейнольдса (Re<10) коэффициент обратно пропорционален Re. т.е.
=
(4.2)
При больших значениях Re в области ламинарного движения зависимость коэффициента местной потери от Re выражается равенством, где А и В - опытные коэффициенты, зависящие от вида местного сопротивления; и - показатель степени, который, по Ф. П. Товстолесу, может быть принят равным 0,285.
Однако вопрос о местных сопротивлениях при ламинарном режиме исследован недостаточно. Поэтому формулы (2.2) и (2.3) требуют проверки и дальнейшего уточнения.
В турбулентном потоке влияние числа Рейнольдса на коэффициент весьма незначительно. При практических расчётах в области турбулентного режима считают зависящим только от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления