Лабораторная работа выполняется второй подгруппой на стенде ТМЖ-2В-09-12

Порядок проведения измерений.

 

Работа выполняется на модуле M2. Перекрыть подачу воды в другие модули. Перепад напоров на исследуемом участке трубы L определяется путем измерений пьезометрических напоров в двух сечениях. Для этого служат пьезометры, соединенные гибкими трубками со штуцерами в исследуемых точках. Разность показаний пьезометров h₁ и h₂ представляет собой потерю напора по длине

h_g = h₁- h₂

Средняя скорость течения υ определяется по объемному расходу Q:

,

где площадь поперечного сечения трубы (внутренний диаметр модуля - 9 мм).

Расход измеряется с помощью расходомера, по показанию счетчика импульса СИ-8 (рис.5) (Панель управления)

Для выполнения работы необходимо:

-На передней панели включить насос Н3;

-затем установить нужный нам расход с помощью регулятора насоса Н4 и выходного крана модуля В17.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках убедиться, что достигнут установившийся режим течения и произве­сти измерения:

- расхода воды по расходомеру;

-показаний пьезометров.

Кинематический коэффициент вязкости v можно найти в справочной литературе, зная температуру и род жидкости;

После того, как все необходимые показания сняты, необходимо занести полученное в таблицу. Затем необходимо изменить расход с помощью крана В21 и после достижения установившегося режима повторить измерения.

Чтобы получить наиболее точный график функций λ = λ (Re) необходимо проводить опыт не менее 6-8 раз. Желательно чтобы они охватывали весь возможный (для данного стенда) диапазон расходов от Q_maх до Q_miп при котором величина h_g может быть еще достаточно точно измерена.

Обработка опытных данных.

По результатам измерений выполняются следующие величины:

 

потери напора по длине: h_g = h₁ - h₂;

- средняя скорость потока в трубе:

- гидравлический коэффициент трения из формулы:

- Рейнольдса:

Полученные результаты измерений и расчетов необходимо занести в таблицу представленную ниже;

Построенный участок кривой λ = λ (Re) следует наложить на известные из литературы графики Никурадзе или Мурина и сделать следующие заключения:

о зоне сопротивления, которой соответствуют проведенные опыты;

№ ре­жи­ма	Расход	Показания пьезомет-ров		Потери напора hg, мм	Ско­рость υ = Q/ S, м/с	Гидрав­лический коэффи­циент трения λ	Число Re
		h1, мм	h2, мм
1.
2.

о величине относительной эквивалентной шероховатости испытанной трубы.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ПОТЕРИ НАПОРА НА ВНЕЗАПНОМ СУЖЕНИИ.

Цель работы:

Закрепление знаний по разделу "Местные гидравлические сопротивления", получение навыков опытного определения коэффициентов местных сопротивлений.

 

Задание:

Определить из опыта коэффициенты сопротивления для местных сопротивлений, выполненных в виде внезапного сужения. Сравнить данные которые будут получены с данными, представленные справочной литературой.

Теоретические основы метода

Из предыдущих лабораторных работ мы знаем, что уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости записывается как:

 

(5.1)

 

Для того, чтобы на практике использовать уравнение Бернулли, нужно установить способ, которым определяются потери напора h_Т. Эти потери обусловлены силами сопротивления в трубопроводе. Проблема заключается в том, что действие этих сил настолько сложно описать, что до сих пор не существует точного метода вычисления этих потерь. В расчетах, связанных с точностью чаще всего применяются различные эмпирические и полуэмпирические зависимости.

Опыт показывает, что гидравлические сопротивления в своей совокупности можно поделить на 2 больших класса (вида). К первому классу относятся сопротивления, связанные с трением потока о стенки трубы. Данном случае мы предполагаем, что потери равномерно распределены по трубе и называются потерями по длине h_λ. Но в реальном случае этт класс потерь осуществим только при условии постоянной средней скорости по длине трубы. Такие потоки имеют название равномерные. На практике они могут реализовываться только в прямой трубе цилиндрической формы или в канале призматической формы.  

Другой класса потерь, или гидравлический сопротивлений, встречается в случаях резкого изменения формы поверхностей, находящихся в пограничных состояниях. Потери здесь вызываются деформацией потока пограничными поверхностями, сопровождающейся перестройкой закона распределения скоростей и образованием зон с вихревым движением жидкости. Участки подобных деформаций потока, имеют название местных гидравлических сопротивлений. Потери же которые вызываются этими сопротивлениями называются местными потерями напора h_м.

Помимо того, что нужно учитывать различные граничные условия поверхностей, в которых мы рассматриваем поток, нужно учитывать и режим движения жидкости. Здесь важнее всего обладать знаниями, связанными с переходом из ламинарного режима движения в турбулентный, поскольку характер потока меняется, а значит меняются и потери.  Реальные трубопроводы в свой конструкции чередуют участки равномерного движения и участки содержащие местные сопротивления, число тех и других довольно велико. При реальных расчетах, то есть практически, применим принцип сложения. Он означает, что полные потери напора, равны сумме потерь на отдельных участках прямолинейного движения и потерь на местных сопротивлениях:

 

(5.2)

 

где h_λi - потеря по длине на i -м участке равномерного движения;

h_mj - местные потери на j -м местном сопротивлении.

 

В случае движения жидкости через местные сопротивления в потоке происходят изменения эпюр скоростей, помимо этого образуются зоны отрывов и вихрей, которые могут протекать как вверх, так и вниз по течению. В связи с этим, если величины h_mj вычисляют по формулам, установленным для изолированных местных сопротивлений, то применение принципа сложения потерь согласно (6.2) будет правомерным лишь в том случае, когда местные сопротивления не влияют друг на друга, т.е. разделены участками движения со стабилизированным распределением скоростей. В противном случае два или более местных сопротивления следует рассматривать как одно сложное и для него должны быть, установлены специальные расчетные зависимости.

Опираясь на общие законы гидродинамики, можно определить структуру общих формул. Данные формулы будут выражать потери в любых сопротивлениях. Таким образом мы можем получить какую-то теоретическую формулу для конкретного вида сопротивления, или если подобная реализация невозможна, то пользуясь опытными данными в формулу подставляются эмпирические коэффициенты. Общая формула потерь в гидравлическом сопротивлении называется формулой Вейсбаха и имеет вид:

 

(5.3)

 

В основном коэффициент местного гидравлического сопротивления ξ_М зависит от числа Рейнольдса и пограничной геометрии. Его можно представить в виде:

 

(5.4)

 

где А – это константа. Она зависит от формы сопротивления и числа Rе.

Из этой формулы вытекает, что при малых числах Rе второй член правой части, т.е. А/ Rе,играет определяющую роль в величине ξ_М.

А при возрастания числа Rе этот член становится малым и, следовательно, число Rе,а значит и вязкость, перестают влиять на величину ξ_М. При  значение . Индекс «кв»означает квадратичность сопротивления, т.е. пропорциональность потерь квадрату скорости, так как ξ_кв от числа Rе не зависит. Формулу (3.3) можно использовать и для расчета потерь по длине, если обозначить:

 

                                           ,                                       (5.5)

где λ – коэффициент гидравлического трения по длине трубы;

l - длина трубы;

d - диаметр трубы.

Все необходимые значения и данные по поводу коэффициентов местных сопротивлений, которые довольно часто встречаются в практике инженера, можно найти в гидравлических справочниках.

В лабораторной работе потеря напора на местном сопротивлении h_м определяется из уравнения Бернулли (3.1), записанного для каждого из исследуемых местных сопротивлений. Выражая коэффициент местного сопротивления из формулы (3.3), необходимо учитывать, что если сечение трубопровода меняется, то в формулу подставляют один из скоростных напоров: в сечении до местного сопротивления  или в сечении после него .

Одним из наиболее часто встречающимся видом местного сопротивления является внезапное сужения трубы. В данной лабораторной работе основной задачей станет определение коэффициента местного сопротивления для данного участка исходя из формулы:

                                      ,                                            (5.6)

где коэффициент сопротивления отнесен к сечению S₂ узкой части трубы. В качестве сечений определяющих область влияния местного сопротивления, выбираются сечения 1 и 2.

Тогда из уравнения Бернулли следует, что

 

                                                (5.7)

Перепад пьезометрических напоров ∆ h₁₂ определяется по пока­заниям пьезометров 1 и 2, а скорость υ ₂ – по расходу, измеренному ротаметром.

Последовательность проведения опыта: