Как измерить гидросопротивление на участке трубопровода?

Потери энергии (уменьшение гидравлического напора) можно наблюдать в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках, но и на коротких. В одних случаях потери напора распределяются (иногда равномерно) по длине трубопровода - это линейные потери; в других - они сосредоточены на очень коротких участках, длиной которых можно пренебречь, - на так называемых местных гидравлических сопротивлениях: вентили, всевозможные закругления, сужения, расширения и т.д., короче всюду, где поток претерпевает деформацию. Источником потерь во всех случаях является вязкость жидкости.

Испытания труб больших размеров производились на аэродинамической установке путем продувки воздухом. Установка состояла из вентилятора среднего давления ЭВР-6, приводимого во вращение электромотором мощностью 10 кет, и опытного участка труб, соединявшегося с вентилятором конфузором и мягким соединением из брезента. Последнее было сделано для того, чтобы вибрация от мотора и вентилятора не передавалась на трубы. Регулирование расхода производилось шибером, установленным в начале опытного участка труб. Для лучшего выравнивания потока в начале входного участка (после конфузора) устанавливался сотовый струевыпрямитель из кровельного железа с ячейками размером 5X5 см и длиной 60-80 см. На выходном участке для измерения скоростей устанавливались напорные трубки Пито.

Соединение алюминиевых труб между собой выполнялось специальными хомутами с резиновыми прокладками, обеспечивающими герметичность.

Соединение стальных труб производилось на газосварке с тщательной центровкой и стыковкой труб и без образования внутреннего грата.

Вся установка была смонтирована на открытой площадке во дворе института. Измерительные приборы (микроманометры) размещались в лаборатории, а соединение с ними осуществлялось при помощи резиновых шлангов, которые вводились в окно.

На гидравлической установке измерение расходов производилось объемным способом. Для этого служил мерный бак полезным объемом 100 л, оборудованый водомерным стеклом и тщательно протарированный. Во время регулирования установки вода сбрасывалась через центральную трубку мерного бака в канализацию. Для наполнения бака при проведении опытов патрубок выходного участка трубы отводился в сторону. Время наполнения бака фиксировалось секундомером.

Измерение расходов на аэродинамической установке производилось путем построения эпюр распределения скоростей по сечению потока, по которым затем определялись средняя скорость и расход.

Гидравлическая установка использовалась для исследования труб малых диаметров.

Эта установка состояла из испытуемого участка труб и мерного бака, размещавшихся в подвале, и напорного бака, находившегося на чердаке семиэтажного здания. В напорный бак вода подавалась из водопровода при помощи насосов подкачки, и затем по стояку диаметром поступала к испытуемому участку труб. Для обеспечения постоянства напора напорный бак имел перелив, через который сливали излишки поступающей в него воды. Прошедшая установку вода через центральную трубу мерного бака сбрасывалась в канализацию. Регулирование расхода осуществлялось задвижкой, установленной перед испытуемым участком и расположенным после него пробковым краном. Для контроля работы установки служил манометр. Соединение алюминиевых труб между собой, а также с остальными трубами выполнялось отрезками шлангов.

11) Виды теплообмена, основные законы (Фурье, Ньютона, Стефана-Больцмана).

Теплопроводность или кондукция (conduction – проводник) определяется тепловым движением микрочастиц тела (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.). Пример с нагревом стержня или спицы с одной стороны. За счет чего нагревается холодный конец стержня? Здесь происходит обмен энергией путёмстолкновений. В металлах за счет движения свободных электронов и ионов решетки. В твердых диэлектриках и жидкостях – за счет упругих звуковых волн, т.е. движения фононов. В газах – за счет диффузии молекул.

Фурье выдвинул гипотезу, что тепловой поток теплопроводностью пропорционален температурному градиенту, т.е. что Q~∆T/∆Х.

Конвекция – это процесс передачи тепла из одной части пространства в другую перемещающимися макроскопическими объёмами жидкости или газа. Название произошло от английского "convection", что означает перемешивание. В зависимости от причины, вызывающей движение различают:

Свободная (естественная) конвекция происходит за счёт разности плотностей Dr неравномерно нагретой среды, обусловленной согласно определению 2 разностью температур Dt. (Примеры свободной конвекции – отопление, помещения, песок на летнем пляже (можно видеть марево – движение воздуха от нагретого песка), пламя свечи (возле приоткрытой двери вверху и внизу ведет себя по-разному), жидкий металл внутри кокилей стале- и чугуноразливочных ковшей.

Вынужденная конвекция – когда движение среды осуществляется принудительно нагнетателями (насосами, вентиляторами и т.д.). Вынужденная конвекция, как правило, гораздо интенсивней чем свободная. Примеры: течение воды внутри батарей центрального отопления; эксгаустеры в аглоцехах, дымососы, вентиляторы и т.д.

Конвективный теплообмен между жидкостью или газом и поверхностью твёрдого тела называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.: Тепловой поток при конвекции определяется законом Ньютона-Рихмана, основным законом теплоотдачи или Q= a(T_ж-T_ст.)×F, Вт,

где a - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К; F – поверхность теплообмена, м²; T_ж и T_ст - температура жидкости и поверхности стенки, ^оС.

Излучение или лучистый теплообмен – это процесс преобразования тепла в лучистую электромагнитную форму энергии и передачи её в окружающее пространство.

Или по-другому: "Любое тело, имеющее абсолютную температуру выше 0^оК способно и вынуждено превращать часть своей внутренней энергии в тепловые лучи, которые попадая на окружающие предметы частично поглощаются, частично отражаются и частично проходят сквозь тело. Примеры: теплообмен между солнцем и Землей, лампы накаливания, сильно разогретые тела.

Тепловой поток при излучении определяется законом Стефана Больцмана Q=s(T⁴ _пов-T⁴_ос)×F, Вт, где Т_п и Т_о.с. – температура поверхности и окружающей среды, ^оК; s - коэффициент излучения, Вт/м²к⁴. В реальных условиях присутствуют все три механизма передачи, но вклад каждого в каждом конкретном случае может быть разным. Пример: охлаждение слитка или отливки на воздухе осуществляется так называемым сложным теплообменом

Q_S=Q_Т+Q_К+Q_Л ,

где Q_Т, Q_К, Q_Л – тепловые потоки теплопроводностью, конвекцией и излучением. При высоких температурах преобладает излучение, тогда Q_S» Q_Л.