Зависимость коэффициента гидравлического трения от режимов течения
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
ТРЕНИЯ В СЛУЧАЕ ПОТЕРЬ ПО ДЛИНЕ
Задание:
Определить из опыта коэффициент гидравлического трения при заданном расходе в имеющемся трубопроводе. Сравнить полученную экспериментальную величину коэффициента гидравлического трения с величиной теоретической , определяемой по справочным данным.
Теоретические основы метода:
Потери по длине
В механике жидкости и газа потери, возникающие в движущемся потоке жидкости разделяют на две большие группы: первая группа это потери связанные с трением по длине трубопровода, т.е. движущийся поток жидкости соприкасается со стенками трубопровода, в результате чего возникает сила трения между слоем жидкости ближе всего расположенном к стенке трубы и поверхностью самой трубы. Возникает данный вид потерь только в трубопроводах имеющих постоянное поперечное сечение при условии постоянной средней скорости по длине трубы. (вторая группа потерь будет рассматриваться в лабораторной №2).
Уравнение Бернулли
Для потока жидкости справедливо Уравнение Бернулли:
где [Па] давление жидкости;
[кг/м3] плотность жидкости;
[м/с] средняя скорость потока жидкости;
Уравнение Бернулли можно переписать для двух выбранных сечений (см. рис. 1)
(1)
|
|
где [м], геометрическая высота (геометрический напор) в соответствующем сечении;
[м], скоростная высота (скоростной напор) в соответствующем сечении;
[м], пьезометрическая высота (пьезометрический напор) в соответствующем сечении;
коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей потока по поперечному сечению трубопровода;
[м], величина потерь напора на трение между сечениями 1-2 (см. рис. 1).
Описание лабораторного стенда
На рисунке 1 изображено: бак с жидкостью (1) из которого выходит два исследуемых трубопровода диаметры первого и второго трубопроводов 15 и 11 [мм], (3) с внутренней шероховатостью . Шероховатость – совокупность неровностей поверхности. (на рисунке 1 изображён один условный трубопровод).
В сечениях 1 и 2, расположены пьезометрические трубки (2) и (4), которые показывают величину пьезометрического напора . Разность между показаниями пьезометра (2) и показаниями пьезометра (4), отражает величину потерь напора на трение между сечениями 1 и 2.
Величина и - геометрическая высота, по сути, это расстояние от центра оси трубопровода до поверхности земли (в данном случае до поверхности пола аудитории).
В качестве жидкости применяется водопроводная вода, с плотностью 1000 [кг/м3], и кинематической вязкостью .
|
|
Рис. 1 Схематичное изображение лабораторного стенда
Допущения
В данной работе целесообразно принять следующие допущения:
эти расстояния равны между собой.
скорости в сечениях 1 и 2 равны друг другу, по причине постоянства расхода жидкости в трубопроводе;
коэффициенты Кориолиса равны друг другу и равны единице.
При применении вышеуказанных допущений, уравнение (1) будет выглядеть:
(2)
Таким образом, получаем формулу для определения, величины потерь напора на трение потока жидкости в трубопроводе при условии постоянства расхода.
Потери напора на трение
С другой стороны потери напора на трение определяются по формуле Дарси:
, (3)
где коэффициент гидравлического трения;
длина трубопровода;
диаметр трубопровода.
Коэффициент гидравлического трения зависит от режима течения жидкости.
Режимы течения жидкости
|
|
В идеальном случае жидкость имеет два режима течения: ламинарный и турбулентный. В реальных трубопроводах имеет место три режима течения. Ламинарный – частицы жидкости движутся равномерно, слоисто, параллельно оси трубопровода. Турбулентный – частицы движутся хаотично, имеет место завихрения потока. Переходный – поток не имеет слоистую структуру, но и не имеет явно выраженного вихреобразования.
Определить режим течения жидкости можно по величине числа Рейнольдса:
,
где кинематическая вязкость жидкости.
Для определения режима течение по числу Рейнольдса см. таблицу 1.
Таблица 1. Определение режима течения жидкости.
Режим течения | Число Рейнольдса |
Ламинарный | Re <2320 |
Переходный | Re = 2320 - 4000 |
Турбулентный | Re >4000 |
Критическое значение числа Рейнольдса: . При достижении критического значения происходит смена режима течения жидкости.
Зависимость коэффициента гидравлического трения от режимов течения
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 807; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!