Лабораторная работа 7 определение потерь напора по длине цель работы
 Скачать 65.75 Kb.
|
|
Лабораторная работа №7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ Цель работы: Закрепление знаний по разделу «Течение в трубах, приобретение навыков экспериментального и расчетного определения потерь напора по длине при напорном течении жидкости». Задание: Определить потери напора по длине канала опытным и расчетным путем. Сопоставить полученные результаты. Теоретические основы метода: Потери напора на трение по длине пропорциональны длине канала и для круглых труб определяются по формуле Дарси:
где λ –коэффициент сопротивления трения по длине; l, d–длина и внутренний диаметр трубы; υ – средняя скорость по сечению потока. На рис. 6. представлены экспериментальные данные по исследованию гидравлического сопротивления технических труб. Из рисунка видно, что коэффициент трения λв общем случае зависит от числа Рейнольдса Reи относительной шероховатости поверхности трубы ∆/d(где ∆ – условная шероховатость, т. е. средняя высота выступов профиля). При ламинарном режиме коэффициент трения вычисляется по теоретической формуле Ж. Пуазейля:
При турбулентном режиме течения различают области гидравлически гладких и шероховатых труб. Трубу считают гидравлически гладкой, если:
В этом случае пристенный ламинарный слой, существующий в турбулентном потоке, целиком омывает выступы шероховатости, которые, таким образом, не создают завихрений и дополнительных потерь. Поэтому, как и при ламинарном режиме, в области гидравлически гладких труб коэффициент гидравлического трения зависит только от числа Рейнольдса. Наиболее распространенной эмпирической формулой для этой области является формула Г. Блазиуса, применимая в пределах чисел Re≤105:
С увеличением числа Рейнольдса толщина ламинарного слоя уменьшается, выступы шероховатости выходят за его границу и начинают вносить дополнительные завихрения в турбулентное ядро потока, вызывая возрастание потерь напора. Это соответствует области гидравлически шероховатых труб, для которой справедлива эмпирическая формула А.Д. Альтшуля:
При достаточно больших числах Рейнольдса ламинарный слой практически исчезает, и коэффициент λперестает зависеть от Rе, а значит, и от скорости потока. Поэтому, как следует из ( 40 ), потери на трение становятся пропорциональны квадрату скорости:
Эту часть области шероховатых труб называют зоной квадратичного сопротивления. На рис. 6 кривые, соответствующие различным значениям относительной шероховатости, в этой зоне становятся прямыми, параллельными оси абсцисс. Итак, для вычисления потерь напора по длине необходимо предварительно определить режим течения и область сопротивления, a затем использовать соответствующие формулы для расчета коэффициента λ. Кроме того, величину λможно найти из графика (рис. 6) или из других графиков, имеющихся в справочной литературе (напримериз графика ВТИ). Потери напора в каналах некруглого сечения можно определять по формулам для круглых труб, подставляя в них в качества dгидравлический диаметр dr. Формулы (41) – (44) пригодны для определения коэффициента трения на основном участке потока, где эпюра скоростей не изменяется по длине. На начальном участке, где происходит формирование структуры потока, возникают дополнительные потери. Длины начальных участков и потери напора на них определяются по специальным формулам, приведенным в справочной литературе. Как следует из уравнения Бернулли, при постоянной скорости в канале скоростной напор не изменяется вдоль потока, поэтому потери напора равны разности только пьезометрических напоров на концах участка:
Описание устройства: В данной работе используется то же устройство, что и в лабораторной работе № 4, но установленное в перевернутом виде (рис. 7). Показания пьезометров определяют пьезометрическую линию для потока в канале 5.  Проведение опыта: Измерить стороны А, В поперечного сечения бака 2 и расстояние Н'омежду осями каналов 4 и 5. Измерить расстояния lI, ..., lVот начала канала до соответствующих пьезометров (рис. 7). Измерить температуру Тпри помощи термометра. При заполненном водой баке 2 поставить устройство баком 1 вниз, вертикально или наклонно. Измерить напор Но, равный разности высот расположения осей каналов 4 и 5. Снять показания пьезометров hI, ..., hV . Измерить время tизменения уровня в баке 2 на произвольную величину по шкале 6. Результаты измерений, а также размеры a и впоперечного сечения канала (указаны на корпусе устройства) внести в таблицу наблюдений 5. 1.  S Обработка результатов опыта: По показаниям пьезометров hI..hV рассчитать значения пьезометрического напора, принимая на оси канала 5 Z= 0:
На миллиметровой бумаге изобразить в масштабе 1:1 канал 5 и построить пьезометрическую линию по величинам пьезометрических напоров P/ρgв местах установки пьезометров. По пьезометрической линии выделить участок канала с постоянным ее наклоном, соответствующий установившемуся течению. Определить его длину lи опытное значение потерь hтр по формуле (46). Вычислить расход потока:
Определить среднюю скорость потока:
где  .Определить значение вязкости воды по формуле (3). Вычислить гидравлический диаметр канала:
Рассчитать число Рейнольдса:
Определить режим движения и область сопротивления, затем по соответствующей формуле ((41) (43) или (44)) вычислить расчетное значение λ. Абсолютную шероховатость стенок канала принять равной ∆ = 0,001 мм. Определить расчетное значение потерь напора hтрпо длине с помощью формулы (40), подставляя d=dr. Вычислить относительное расхождение опытного и расчетного значений потерь напора:
Результаты всех расчетов вносить в таблицу наблюдений 5.1. Таблица наблюдений 5. 1.
Отчет по работе: Отчет по работе должен включать следующие пункты: Титульный лист. Наименование и цель работы. Схему опытной установки. Таблицу наблюдений. Обработку результатов опыта. Определение погрешности измерений основных величин. Выводы. |
