Контрольные вопросы

1. Виды гидравлических сопротивлений.

2. Уравнение Бернулли. Статистический, геометрический, скоростной напоры.

3. Определение потерь напора на трение.

4. Влияние шероховатости стенок канала на потери напора.

5. Влияние скорости на потери напора.

6. Эквивалентный диаметр.

7. Режимы движения жидкости, число Re.

8. Единицы измерения р, μ, ρ.

9. Уравнение расхода.

Лабораторная работа №4

Определение коэффициентов местных сопротивлений Общие положения и цель работы

Наряду с потерями напора на преодоление сил вязкого трения, которые пропорциональны длине канала, поток жидкости теряет свой напор в местных сопротивлениях – запорная и регулирующая арматура (краны, вентили, задвижки), повороты, расширения или сужения трубопроводов. В этих элементах трубопроводных систем происходит изменение скорости напора либо по величине, либо по направлению, либо одновременно по величине и направлению. И потери на трение и потери в местных сопротивлениях, в конечном счете, обусловлены вязкостью жидкости, а следовательно, теряемая механическая энергия рассеивается и переходит в тепловую.

В инженерной практике потери напора h_м (или давления ) потока в местных сопротивления определяют по формуле Вейсбаха

или (1)

где w – средняя скорость движения потока, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м³; g – ускорение в поле действия силы тяжести, равно 9,81 м/с²; ξ – коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты различных видов местных сопротивлений находят обычно опытным путем, их средние значения приводятся в справочной и учебной литературе. Для определенного вида местного сопротивления ξ зависит от числа Рейнольдса, если течение ламинарное, и становится постоянной величиной при развитом турбулентном режиме течения.

В формуле (1) скорость может быть принята до или после сопротивления. В зависимости от этого разными будут численные значения коэффициента ξ. Поэтому всегда нужно указывать какая скорость выбрана в качестве определяющей при вычислении ξ. Чаще используется в качестве определяющей максимальная скорость в местном сопротивлении, отнесенная к минимальному его проходному сечению.

В технических устройствах часто встречаются внезапные расширения и сужения канала. При внезапном расширении, например, напор теряется вследствие удара потока, выходящего с большой скоростью из части трубопровода с меньшим диаметром, в поток, движущийся медленнее в части, где диаметр больше. При этом, в области, примыкающей к прямому углу трубы более широкого сечения, возникают обратные токи – завихрения, на образование которых бесполезно тратится часть энергии потока. Коэффициент местного сопротивления, отнесенный к скорости в меньшем сечении, может быть определен по формулам:

для сужения (2)

для расширения (3)

где d – диаметр малого сечения канала; D – диаметр большого сечения канала.

Значения коэффициентов ξ для некоторых местных сопротивлений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Коэффициенты местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Коэффициент местного сопротивления
Колено (без закругления) с поворотом потока на 90º	1,1-1,3
Плавное закругление (отвод) на 90º с относительным радиусом	0,08-0,1
Кран пробковый:
- при полном открытии;	0,2
- при угле открытия 30-40º	4-11
Вентиль нормальный	4,5-5,5

Цель работы: опытное определение коэффициентов местных сопротивлений расширения и сужения трубы, колена, плавного закругления, крана, вентиля; сравнение опытных значений ξ с расчетными и табличными данными.

Описание лабораторной установки

С хема установки приведена на рис.4. Из водопровода 1, с регулируемым краном 2 расходом, вода поступает в расходный бак 3. Для поддержания постоянного уровня жидкости бак 3 снабжен переливной трубой 4.

Из расходного бака 3 вода под постоянным напором подается в контур, в котором последовательно проходит местные сопротивления: внезапное расширение трубы 5; внезапное сужение 6; колено без закругления 7; отвод с закруглением 8; кран пробковый 9; вентиль 10. Расход воды через контур устанавливается краном 11 и измеряется с помощью мерной емкости 12.

Слив воды из контура и переливной трубы осуществляется в приемный бак 13.

Через сверления в стенке контура и трубки 14 подается вода в пьезометры 15 для измерения напора в сечениях потока до и после каждого местного сопротивления. Цифры над пьезометрами на рис. 4 соответствуют их номерам на стенде.

При работе установки должен поддерживаться постоянный уровень воды в расходном баке 3. Это достигается за счет слива по трубе 4 части избыточно подаваемой в бак 3 воды из водопровода 1.