ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ

Кран 13, расположенный на выходе из трубы переменного сечения, должен быть закрыт. Включить насос и заполнить рабочий отсек напорного бака до заданного уровня. При этом уровне вода переливается в сливной карман бака. После заполнения следует плавно приоткрыть регулировочный кран 13, краном 15 отрегулировать постоянный перелив пока не установится желательный режим опыта. Режимы опытов рекомендуется выбирать такими, чтобы скоростной напор в наиболее узком сечении трубы переменного сечения находился в пределах 5-15 см. При установлении режима опыта нужно следить за тем, чтобы в рабочем отсеке резервуара обеспечивался перелив в сливную трубу и тем самым стабильный напор при проведении опыта.

Фиксируется положение линии гидродинамического напора и пьезометрической линии, для чего верхние каретки в каждом сечении устанавливаются по уровню воды в трубках полного напора, а нижние каретки - по уровню воды в пьезометрах.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

1. Измерить значения геометрических высот сечений в местах установки пьезометрических трубок Пито.

2. Измерить показания пьезометров и скоростных трубок. Внести данные измерений в таблицу 1.

3. Вычислить среднюю скорость движения жидкости в каждом сечении, используя скоростной напор.

4. Определить расход жидкости по формуле: Q = S · V

5. Построить диаграммы Бернулли.

 

Таблица 1

№	Геометрическая высота Z, см	Показания пьезометров, см	Показания трубки Пито, см	Расход жидкости Q, см3/с	Удельная потенциальная энергия, см	Полный напор Н, см

Вопросы для самопроверки

1. Что называется установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным движением жидкости, струёй?

2. Что называется линией и трубкой тока, элементарной струйкой?

3. Виды установившегося движения.

4. Что называется идеальной и реальной жидкостью?

5. Какими свойствами наделяется идеальная жидкость?

6. В чем состоит физический смысл уравнения неразрывности?

7. Напишите и объясните уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкостей, для струйки и потока?

8. Объясните геометрический и энергетический смысл каждого члена уравнения Бернулли.

9. Как работает и для чего служит пьезометрическая и скоростная трубки?

10. Дайте классификацию потерь напора.

11. Объясните смысл коэффициента кинетической энергии.

12. Постройте диаграммы Бернулли для идеальной и реальной жидкостей при различных сечениях трубопровода.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ МЕСТНЫХ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ»

Основные теоретические положения

Гидравлическое сопротивление - это сопротивление движению жидкости, приводящие к потере механической энергии потока (потери напора, давления). Гидравлические сопротивления подразделяют на линейные (по длине трубопровода или канала), обусловленные вязкостью жидкости, и местные, возникающие в местах изменения значения или направления скорости потока.

Потери энергии по длине отмечалось являются результатом действия сопротивлений, вызванных силами внутреннего и внешнего трения в жидкостях. Причины местных потерь заключаются в местных вихреобразованиях, связанных с отрывом потока от стенок и перераспределением скоростей по сечению потока.

 

 

Потери напора (энергии) в местных сопротивлениях называют местными потерями; напора и определяются они в долях удельной кинетической энергии по формуле Вейсбаха:

(1)

где h_M - потери напора в местном сопротивлении, м,

ζ - коэффициент местного сопротивления;

V - средняя скорость потока (обычно за сопротивлением), м/с 

Коэффициент местного сопротивления зависит от вида местного сопротивления, от числа Рейнольдса, а в некоторых случаях от шероховатости на участке местного сопротивления.

В связи со сложностью структуры потока в местных сопротивлениях только в отдельных случаях численные значения потерь напора и коэффициентов определяются теоретически, в преобладающем большинстве они найдены на основе проведенных экспериментов.

К местным сопротивлениям относятся различные фасонные участки трубопровода (колена, тройники, задвижки), в которых наблюдается неравномерное движение жидкости.

В местах резкого изменения живого сечения или направления потока происходит отрыв потока от стенок и образуются так называемые водоворотные или застойные зоны (рис. 1), что является основным источником потерь напора.

При вычислении общих потерь напора в гидравлике пользуются принципом наложения (сложения потерь), т.е. суммируют потери напора на всех последовательно включенных прямолинейных участках. Иногда при расчетах местные сопротивления заменяют им эквивалентной длиной прямолинейного трубопровода (рис. 2). Следует отметить, что этот случай справедлив только в том случае, если местные сопротивления расположены на достаточном расстоянии друг от друга [l = (20÷50) d].

Рис. 2 Схемы к определению эквивалентной длины

 

 Эквивалентной длиной l _Э называется такая длина прямолинейного участка трубопровода, потери напора в котором равны потерям напора в данном местном сопротивлении при одинаковых расходах жидкости.

Исходя из определения:

 или

    откуда:

    Тогда общие потери в трубопроводе:

,

где  - расчетная длина трубопровода.

Поверхности стенок труб, каналов, лотков имеют шероховатость. Обозначим высоту выступов шероховатости Δ. Величину Δ называют абсолютной шероховатостью, а ее отношение к диаметру Δ/d – относительной шероховатостью. Величина, обратная относительной шероховатости, называется относительной гладкостью. С целью упрощения расчетов вводят понятие эквивалентной шероховатости Δ_Э , при которой потери напора в трубе получаются такими же, как и при фактической неоднородной шероховатости.

В зависимости от толщины ламинарного подслоя δ и высоты выступов шероховатости Δ различают гидравлически гладкие и шероховатые трубы (рис 3 а, б). Если ламинарный подслой полностью покрывает все выступы на стенках трубы, т.е. δ > Δ, трубы считаются гидравлически гладкими. В противном случае гидравлически шероховатыми. Т.к. значение δ зависит от Re, то одна и та же труба может быть в одних условиях гидравлически гладкой (при малых Re), а в других гидравлически шероховатой (при больших Re).

 

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи местных сопротивлений.

Внезапное расширение

В этом случае поток из трубы меньшего диаметра d ₁ попадает в трубу большего диаметра d ₂. Потери напора h _в.р. для такого местного сопротивления определяются согласно теореме Борда-Карно, по формуле:

(2)

Следовательно, для внезапного расширения русла коэффициент потерь:

(3)

Когда диаметр d ₂ весьма велик по в сравнении с диаметром d ₁, потери на расширение можно определить по формуле:

(4)

что означает ζ_в.р. = 1.

 

Постепенное расширение

(5)

Постепенно расширяющаяся труба называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре сопровождается уменьшением скорости и увеличением давления, а также потерями, рассчитываемыми по формуле:

где h _тр. и h _расш. - потери капера на трение и вихреобразования.

Каждая из составляющих общих потерь может быть рассчитана по формулам:

(6)

(7)

где k – поправочный коэффициент, численное значение которого

для диффузоров с углами конусности α = 5-20⁰ можно определить по приближенной формуле ;

λ_т- коэффициент потерь на трение для турбулентного движения;

n - степень расширения диффузора.

Тогда коэффициент расширения диффузора можно выразить по формуле:

(8)

Рис. 4 Диффузор а) и конфузор б)

Внезапное сужение

Данное местное сопротивление вызывает меньшую потерю энергии, чем внезапное расширение с таким же соотношением площадей. По данным И. В. Идельчика коэффициент местных потерь при внезапном сужении может быть найден по формуле:

(9)

Из формулы следует, что для частного случая, когда d ₂<<d ₁, коэффициент сопротивления принимает значение .

Постепенное сужение

Коническая сходящаяся труба называется конфузором. Течение жидкости в противоположность диффузору сопровождается увеличением скорости и падением давления. Так как давление жидкости в начале конфузора выше, чем в конце, причин для возникновения вихреобразований нет. В связи с этим сопротивление в конфузоре всегда меньше, чем сопротивление такого же диффузора. Значение коэффициентов сопротивления конфузора определяют экспериментально.

Внезапный поворот (колено)

Коэффициент сопротивления колена  круглого сечения зависит от угла поворота и при его равенстве 90° достигает единицы.

Постепенный поворот

Он представляет собой закругленное колено и называется отводом. Для плавного отвода при угле поворота от 0° до 180° коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле:

(10)

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления для прямой

трубы;

α - угол поворота в град.

К местным гидравлическим сопротивлениям относятся также диафрагмы, запорные регулирующие устройства, распределители потока.

Рассмотренные расчетные зависимости характеризуют потери напора в местах сопротивления при турбулентном режиме течения.

Цель работы: Экспериментальное определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений.

Оборудование, приборы, материалы:

Настоящие исследования проводят на экспериментальной установке, представленной на рис. 8.

Вода из резервуара поступает в каждый исследуемый участок, состоящий из разных местных сопротивлений: колено, внезапное расширение, внезапное сужение, а также из сопротивлений по длине. Вычисление скорости жидкости производят с учетом объема емкости и время прохождения воды по трубопроводу.

Рис. 8 Принципиальная схема установки

Порядок выполнения работы и методика измерения:

1. Подготовить лабораторную установку к работе.

2. Наполнить емкость водой.

3. При помощи кран осуществлять контроль за установкой.

4.. Зафиксировать показания пьезометров.

5. Измерить время прохождения воды по трубопроводу.

 

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!