Вимірюється температура води.

Результати вимірювань заносяться у таблицю 5.1.

 

Таблиця 5.1 – Результати вимірювань та обчислень

 

Номер експерименту

Об’єм рідини в мензурці V, cм ^3

Час заповнення мензурки t, c

Об’ємна витрата Q, см ^3/ с

Середня швидкість u, см/с

Різниця показів п’єзометрів h, см

Температура, С°

Кінематична в’язкість n, см ^2 /с

Число Рейнольса Re

Коефіцієнт гідравлічного опору вирахуваний за формулою

Процент відхилення

дослідний

теоретичний

Стокса

Блазіуса

Альтшуля

 

Обробка експериментальних даних

Витрата визначається об'ємним способом

, (5.8)

де V – об'єм рідини в мензурці; t ‑ час заповнення даного об'єму.

Середня швидкість визначається із рівняння

, (59)

де Q – об'ємна витрата, S – площа поперечного перерізу трубопроводу.

Дослідний коефіцієнт гідравлічного опору визначається із формули

. (5.10)

Внутрішній діаметр труби d ₁ = 13,0 мм, d ₂= 16,0 мм, довжина експериментальної дільниці дорівнює 500 см. Втрати напору на тертя дорівнюють різниці рівнів рідини в п'єзометричних трубках, встановлених в початковому і кінцевому перерізах дільниці.

Теоретичне значення коефіцієнта гідравлічного опору визначають за формулами (5.2-5.6) в залежності від режиму течії і зони опору.

Кінематичний коефіцієнт в'язкості води визначаєтьсяза такою формулою

, (5.11)

де t – температура рідини, ° С.

5.5.6 Коефіцієнт абсолютної шорсткості D вибирається в залежності від матеріалу труби і стану її внутрішньої поверхні. Для мідних труб D = 0,001 мм.

Одержані результати порівнюються між собою і заносяться в протокол.

Визначається шорсткість труби, приймаючи, що при повністю відкритому вентилі 7 режим руху турбулентний в зоні змішаного закону тертя. При відомому значенні коефіцієнта гідравлічного опору, визначеному експериментально (при максимальній витраті), визначається абсолютна шорсткість за допомогою формули Альтшуля і порівнюються зони турбулентного режиму, для визначення яких використовувалася шорсткість, задана в роботі для даного матеріалу труб, і шорсткість, визначена експериментально.

Будуються криві зміни досліджень коефіцієнта від числа Рейнольдса, дається оцінка впливу числа Рейнольдса на коефіцієнт гідравлічного опору.

5.5 Контрольні запитання

Від чого залежать втрати напору на тертя при течії рідини?

5.5.2 Чому коефіцієнт l при ламінарному режимі і в зоні гладкостінного тертя не залежить від шорсткості поверхні стінкиD _е?

В чому суть різної функціональної залежності втрат напору від швидкості при ламінарному чи турбулентному режимах течії рідини?

Чому третя зона опору при турбулентному режимі називається зоною квадратичного опору? Чи впливає в'язкість рідини на величину втрат напору в цій зоні?

Як можна спростити рівняння Бернуллі для рівномірної течії рідини в горизонтальних трубах без місцевих опорів?

Як зміниться коефіцієнт гідравлічного тертя в напірній трубі сталого діаметра із збільшенням температури, якщо зберігається ламінарний режим і швидкість потоку в трубі залишається постійною?

Які величини необхідно знати для визначення перехідних чисел Рейнольдса?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6
Визначення коефіцієнтів місцевих опорів

Мета роботи

Визначення дослідним шляхом значення коефіцієнтів місцевих опорів в напірному трубопроводі, порівняння одержаних значень з даними, які рекомендуються в довідниках для квадратичної зони опору. Оцінка впливу числа Рейнольдса на величину коефіцієнтів місцевих опорів при ламінарному режимі течії рідини.

Основні положення

Вузли трубопровідних систем, які викликають зміну форми, розмірів і напрямку потоку, називаються місцевими опорами, а втрати енергії на них ‑ місцевими втратами.

Місцеві опори поділяються на прості і складні. До простих відносяться: раптові і плавні (дифузори) розширення, раптові і плавні (конфузори) звуження, плавні (відводи) і різкі (коліна) повороти трубопроводів. Складні опори – це комбінація простих. При русі в'язкої рідини через місцеві опори змінюється поле швидкостей потоку, спостерігається звуження і відрив потоку від стінок каналу, утворюються зони, заповнені великими і дрібними вихрами.

Вихровий рух посилює процес дисипації енергії, завдяки чому втрати в місцевих опорах можуть набагато переважати втрати по довжині на дільниці такої довжини, що і місцевий опір. Степінь деформації потоку, величина і інтенсивність вихорів істотно залежать від режиму руху рідини, тобто від числа Рейнольдса.

Втрати енергії, які віднесені до одиниці ваги рідини, обраховують за формулою Вейсбаха

, (6.1)

де ‑ коефіцієнт втрат на місцевому опорі,який вказує, яка частина швидкісного напору губиться на місцевому опорі; u ‑ середня швидкість рідини в перерізі трубопроводу за місцевим опором.

Коефіцієнт місцевих втрат при турбулентному режимі в зоні квадратичного опору залежить від конструктивних особливостей місцевого опору і в більшості випадків визначається експериментально.

Для випадку раптового розширення формула втрат напору, одержана теоретично з деякими допущеннями, має вигляд

, (6.2)

де u ₁ ‑ швидкість в потоці на дільниці до розширення; u ₂ – те ж після розширення.

На основі формули (11.2) може бути одержаний вираз для визначення коефіцієнта раптового розширення

, (6.3)

де , ‑ діаметр труб до і після розширення.

При ламінарному режимі коефіцієнти опорів залежать не лише від геометричної форми вузла, а й від числа Рейнольдса. Ця залежність представлена в виді

, (6.4)

де А, В ‑ сталі для даного місцевого опору.

Втрати напору в місцевому опорі, який розміщений на горизонтальній дільниці трубопроводу сталого перерізу, визначаються різницею п'єзометричних напорів в перерізах до і після опору

, (6.5)

оскільки при цьому швидкісні і геометричні напори у вказаних перерізах однакові.

Якщо діаметри труби перед і за місцевими опорами різні (наприклад, у випадку розширення і звуження потоку), то повинні враховуватися і швидкісні напори і ,

, (6.6)

де ‑ коефіцієнт нерівномірності в перерізі потоку місцевих швидкостей.

Опис лабораторної установки

Установка складається (Рисунок 6.1) із напірного баку (1) і трубопроводу з вмонтованими на ньому місцевими опорами (кутника 3, різкого повороту 4, плавного повороту 5, вентиля 6, раптового розширення 7, діафрагми 8 і раптового звуження 9).

По обидві сторони кожного із місцевих опорів є два відводи, які сполучені з п'єзометричними трубками, за допомогою яких вимірюються фактичні втрати напору в місцевих опорах. Швидкість течії води в трубопроводі регулюється вентилем 10. Вимірювання витрати проводиться об'ємним способом за допомогою мензурки 11.

Хід виконання досліду