Отчет по лабораторным работам. Отчет по лабораторным работам. Цыбин Н.В. ЗС-33-21. Отчет по лабораторным работам по дисциплине
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова» (ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н. Ульянова») Строительный факультет Кафедра теплотехники и гидравлики Отчет по лабораторным работам по дисциплине Механика жидкости и газа Работу выполнил Стдент группы ЗС-33-21 Цыбин Н. В. Работу проверил Творогов В.А. Чебоксары 2022 Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата РАБОТА 1. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Цель работы – ознакомление с приборами для измерения давления (пьезометром, манометром, вакуумметром, дифференциальным манометром). Измерение избыточного давления. Задание - изучить приборы для измерения давления (пьезометром, манометром, вакуумметром, дифференциальным манометром). Измерить избыточное давление. Оборудование и материалы. Лабораторная установка для измерения давления, пьезометр, манометр, вакуумметр, дифференциальный манометр. 1.1. Теоретическое обоснование работы Давление в любой точки жидкости, находящейся в равновесии, определяется по основному уравнению гидростатики: Где - абсолютное (полное) гидростатическое давление, Н/м²; - плотность жидкости, кг/м³; - давление на свободной поверхности жидкости, Н/м²; g - ускорение свободного падения, g=9.81 м/с²; Н – глубина погружения точки, м. Разность между абсолютным и атмосферным давлениями называется избыточным или манометрическим. в открытых сосудах и Давление может быть выражено высотой столба жидкости над рассматриваемой (пьезометрической высотой): Для воды = 1000 кг/м³, а при давлении 1 кгс/см² высота водяного столба равна: Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Если абсолютное давление меньше атмосферного, то недостаток давления до атмосферного называется вакуумметрическим давлением или вакуумом. Для измерения давления жидкости или газа применяем приборы: манометры – для измерения избыточного давления, вакуумметры – для измерения вакуума, дифференциальные манометры – для измерения разностей давления. Микроманометр Пьезометр пружинный манометр вакуумметр дифференциальный манометр Рис.1. Схемы приборов для измерения давления. Абсолютное давление в точке пьезометра равно: Избыточное давление: Для измерения давления с точностью до 0,01 мм используем наклонным микроманометром. В пружинном манометре жидкость или газ поступают в изогнутую латунную трубку-пружину, которая при избыточном давлении несколько распрямляется. Распрямление пружины при помощи тяги передается на зубчатку, приводящую в движение стрелку. Для измерения вакуума применяем обратный пьезометр или вакуумметр . Вакуумметрическая высота: Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Рис. 2. Схема лабораторной установки для измерения давления: 1-ѐмкость закрытая, 2-трубка стеклянная, 3-пьезомтр, 4-трѐхходовой кран, 5-ртутный дифманометр, 6-насос ручной, 7-моновакуумметр. Уравнения равновесия относительно точки подключения пьезометра 1-1: Уравнения равновесия относительно плоскости 2 – 2: 1.2. Описание опытной установки Установка на Рис.2 состоит из закрытой емкости 1, наполовину заполненной водой, для контроля за уровнем воды служит стеклянная трубка 2. В нижней части емкости подключены пьезометры и ртутный дифференциальный манометр 4, а в верхней части манометр 5. Ручным насосом 6 в емкости создается избыточное давление, а трехходовым краном 7 можно подключить ручной насос, запереть емкость и снять избыточное давление, выпустив воздух. 1.3. Порядок проведения опыта 1. Заправить емкость 1 водой и записать показания пьезометра 3, манометра 5 и дифференциального манометра 4. 2. Открыть трехходовый кран 7 ручным насосом 6 создать избыточное давление 0,13; 0,22; 0,21; 0,21 кгс/см². Закрыть кран записать показания пьезометра и дифференциального ртутного манометра. 3. Из значений показания пьезометра и дифференциального манометра определить избыточное давление в емкости. Сравнить с показаниями манометра и определить ошибки показания манометра. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 1.4. Запись и обработка опытных данных Вывод: ознакомились и изучили приборы для измерения давления (пьезометр, манометр, вакуумметр, дифференциальный манометр). Измерили избыточное давление. Провели необходимые расчеты. 1.5 . Ответы на контрольные вопросы 1. Как измерить абсолютное и избыточное давление? Ответ: Избыточное давление измеряют приборами манометрического типа. Абсолютное давление вычисляется по формуле Рабс=Pат+Ризб. Атмосферное давление приборами барометрического типа. 2. Чему равно максимальное значение вакуума в м.вод.ст. в Чебоксарах? А в горах? Ответ: Если средне значение атмосферного давления в г. Чебоксары составляет 752 мм рт.ст. Чем выше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление и ниже значение вакуума. 3. Какие значения покажут пьезометр и ртутный дифференциальный монометр при избыточном давлении 25 КПа, если емкость заправить глицерином или бензином? Ответ: для глицеринаρ=1260кг/м3 тогда Нп =2,02 м.в.с., Нрт=14 9мм рт.ст для бензинаρ=750кг/м3 тогда Нп =3,4 м.в.с., Нрт=250 мм рт.ст NN п/п Наименование характеристик, их обозначение и размерность 1 опыт 2 опыт 3 опыт 4 опыт 1 Показание манометра p м , кгс/см 2 0,13 0,22 0,21 0,21 2 Показание пьезометра H п , м.в.с. 1,4 2,3 2,1 2,2 3 Показание ртутного U-образного манометра Hрт, мм рт.ст. 102,98 169,18 154,47 161,82 4 Избыточное давление по показанию пьезометра pи1, КПа 13,734 22,563 20,601 21,582 5 Ошибка показания манометра -7,17 -4,38 -0,03 -4,58 6 Избыточное давление по показанию ртутного манометра pи2, КПа 13,74 22,57 20,61 21,59 7 Ошибка показания -7,35 -4,50 -0,07 -4,70 Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата РАБОТА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЖВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ Цель работы – определение на опытной установке чисел Рейнольдса при ламинарном и турбулентных режимах движений. Определение критического числа Рейнольдса. Задание - убедиться в наличии ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости и определить критическое число Рейнольдса. Оборудование и материалы. Лабораторная установка, термометр, мерный бак, секундомер, график зависимости кинематической вязкости воды от температуры. 2.1. Теоретическое положение При протекании жидкости по трубам и каналам могут иметь место два различных по характеру режима движения – ламинарный и турбулентный. Ламинарным называется режим движения жидкости, при которой поток жидкости движется отдельными струйками или слоями и траектории отдельных частиц жидкости между собой не пересекаются, линии тока совпадают с траекториями частиц. Ламинарное движение происходит без пульсации скоростей. При ламинарном режиме в круглой трубе изменение местной скорости происходит по параболе. Рис. 2.1. Ламинарное движение жидкости. Эпюры касательных напряжений и скоростей. Турбулентным называется такой режим, когда струйчатость потока нарушается, частицы жидкости перемешиваются и траектории движущихся частиц представляют сложные линии, пересекающиеся между собой. При турбулентном режиме местные скорости в потоке почти одинаковы. Рис 2.2. турбулентное движение жидкости. Эпюра распределения скоростей в потоке. Режим движения зависит от динамической вязкости μ, средней скорости движения , плотности жидкости ρ и диаметра трубопровода d. Число Рейнольдса: Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Так как - кинематический коэффициент вязкости жидкости, то и для открытых потоков где R – гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения ω к смоченному периметру χ (рис 2.3). Рис. 2.3. Схемы к определению гидравлического радиуса . Для напорных трубопроводов некруглого сечения: где - эквивалентный (гидравлический) диаметр. Ламинарный режим наблюдается преимущественно при движении жидкости при малых скоростях в трубах малого диаметра. В большинстве случаев при движении воды или других жидкостей (керосин, спирт) наблюдается турбулентный режим движения. Границы существования ламинарного и турбулентного режимов движения определяется критическими значениями средней скорости потока при критических значениях числа Рейнольдса Re кр Переход от ламинарного движения к турбулентному происходит при верхней критической скорости υ в кр., , значение которой довольно неустойчиво, а от турбулентного движения к ламинарному совершается при нижней критической скорости υ н кр , величина которой значительно меньше верхней критической скорости, но достаточно определенна. Поэтому под критической скоростью понимается только нижняя критическая скорость υ н кр Рис. 2.4. Схема для установки для наблюдения режимов движения жидкости:1 – емкость расходная, 2 – емкость для чернил, 3 – трубка стеклянная, 4 – кран регулировочный, 5 – емкость мерная, 6 – трубопровод переливной. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Физическое значение числа Рейнольдса можно считать равными: Reкр=2000 – 2400 для формулы 2.2 Reкр=500 – 900 для формулы 2.3 и 2.5 Приведенные значение Reкр. Относятся к равномерному движению в трубе или в открытом канале. При ускоренном движении Reкр. возрастает, при замедленном уменьшается. Шероховатость стенок русла и условия воды также оказывает влияние на критические значение числа Рейнольдса. При Re < Reкр. – ламинарное движение Re > Reкр. – турбулентное движение По опытам Шиллера Reкр.= 2320 для напорных трубопроводов круглого сечения. 2.2. Описание опытной установки Прибор (рис. 2.4) состоит из бака 1, к которому присоединена стеклянная трубка 3. На конце трубки имеется кран 4 для регулирования расхода воды. Для раствора красящего вещества имеется бачок 2 с тонкой трубкой, введенной в трубку 3. Для измерения расхода служит мерный бачок 5. Постоянный уровень воды в баке 1 поддерживается переливным трубопроводом 6. 2.3. Порядок проведения работы 1. Наполнить бак 1 водой, а бачок 2 раствором красящего вещества. С помощью крана 4 в трубке 3 вначале устанавливается малый расход, при котором наблюдается ламинарный режим. При этом струйка краски по всей длине имеет форму тонкой нити. 2. Для разных значений режимов движения (ламинарный, переход от ламинарного к турбулентному, турбулентный, переход от турбулентного к ламинарному) замерить объем воды в мерном баке, равный 1·10-3 м3 и время t наполнения. 3. Определить кинематический коэффициент вязкости воды по эмпирической формуле Пуазейля или по таблице 1 в зависимости от температуры. 4. По измеренному объему воды V, площади сечения трубки ω, времени опыта определить среднюю скорость из уравнения неразрывности струи: Q=ωυ d=13мм 5. Для каждого опыта определить число Рейнольдса. 6. Дать заключение. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Запись и обработка опытных данных . Наименование характеристик, их обозначение и размерность 1 опыт 2 опыт 3 опыт 1. Продолжительность истечения воды в мерный бак t, с 25 15 8 2. Объем воды, поступившей за время t в мерный бак V, м3 1х10-3 1х10-3 1х10-3 3. Температура воды Т, °С 15 15 15 4. Наблюдаемый режим движения переходн ый турбулент ный турбулен тный 5. Расход воды Q, м3/с 4,00·10-5 6,67·10-5 1,25·10-5 6. Средняя скорость движения в трубке υ, м/с 0,302 0,503 0,942 7. Число Рейнольдса Re 3438 5730 10745 Вывод: определили на опытной установке чисел Рейнольдса при ламинарном и турбулентных режимах движений. Определили критическое число Рейнольдса. 2.4. Контрольные вопросы 1. В чем состоит основное отличие турбулентного течения от ламинарного? Ответ: турбулентное течение – это поток, движение которого беспорядочно во времени и пространстве; ламинарное течение, в отличие от турбулентного, упорядочено, частицы потока не перемешиваются. 2. Как определить число Рейнольдса для трубы прямоугольного сечения? Ответ: Для напорных трубопроводов некруглого сечения: где dэ = = , a и b - длины большей и меньшей сторон прямоугольника. 3. Будет ли изменяться критическое число Рейнольдса при увеличении шероховатости трубопровода? Ответ: При ламинарном режиме коэффициент гидравлического сопротивления λ для гидравлически гладких труб зависит от числа Re и не зависит от степени шероховатости стенок труб. С увеличением турбулентности толщина пограничного слоя уменьшается, становится меньше абсолютной шероховатости и в результате при соприкосновении жидкости со стенкой трубы получаются дополнительные завихрения, создаваемые выступами за счет которых величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. В этом случае коэффициент сопротивления зависит от шероховатости стенок трубопровода и числа Рейнольдса (зона смешанного трения). При дальнейшем увеличении числа Рейнольдса повышается турбулентность потока и, начиная с определенного значения Рейнольдса, коэффициент λ будет зависеть только от шероховатости труб (квадратичная зона. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 4. Как определить гидравлический диаметр? Ответ: Гидравлический диаметр: dг = П , где S-площадь поперечного сечения, м2; П-смоченный периметр, м. 5. Есть ли отличия между верхним и нижним критическими числами Рейнольдса? Ответ: Число Рейнольдса, соответствующее переходу от турбулентного режима к ламинарному, называется нижним критическим числом Рейнольдса Reкр.н. = 2000– 3000. Число Рейнольдса,соответствующее переходу от ламинарного движения к турбулентному,называется верхним критическим числом Рейнольдса Reкр.в. Верхнее критическое число Рейнольдса изменяется в широком диапазоне Reкр.в.≈ 4000 −13800. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата РАБОТА 3. ОПЫТНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ Д. БЕРНУЛЛИ Цель работы – показать переход потенциальной энергии в кинематическую и кинетической энергии в потенциальную при движении жидкости по трубопроводу переменного сечения. Построить пьезометрическую и напорную линии. Задание - с помощью пьезометров, установленных на напорном трубопроводе переменного сечения, убедиться в переходе энергии потока жидкости из потенциальной в кинетическую и обратно в соответствии с уравнением Бернулли. Построить пьезометрическую и напорную линии. Оборудование и материалы. Лабораторная установка, мерный бак, секундомер. 3.1. Теоретическое положение Уравнение Д. Бернулли является выражением закона сохранения энергии применительно к потоку жидкости, связывающим потенциальную (mgH) и кинетическую (mυ2/2) энергии жидкой частицы массой m в двух ее положениях. Уравнение Бернулли является одним из основных уравнений гидравлики, используемых при решении многих практических задач о движении реальной жидкости. Уравнение Бернулли для установившегося плавно изменяющегося потока реальной жидкости имеет вид: Входящие в уравнение слагаемые и уравнение в целом можно интерпретировать с геометрической и энергетической точек зрения (рис.3.1). Рис. 3.1 Схема к определению пьезометрического и скоростного напоров Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата С геометрической точки зрения: z - высота положения – расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения О-О до центра тяжести рассматриваемого сечения потока; - пьезометрическая высота – высота столба жидкости, соответствующее гидростатическому давлению в данной точке живого сечения потока; - скоростной напор; - пьезометрический напор; - гидравлический полный напор; - коэффициент Кориолиса, или коэффициент кинетической энергии, представляющий собой отношение действительной кинематической энергии секундной массы жидкости, протекающий через живое сечение, к кинематической энергии той же массы, условно вычисленной в предположении, что скорость во всех точках живого сечения равна средней скорости. При ламинарном режиме α = 2,0, при турбулентном α = 1,05 – 1,1. hпот. - потери напора между сечениями 1 и 2. С энергетической точки зрения: z - удельная (отнесенная к единице веса) энергия положения жидкости в рассматриваемом сечении потока; - удельная энергия давления; - удельная кинетическая энергия; - удельная потенциальная энергия; - полная удельная энергия. hпот. - потери удельной энергии между рассматриваемыми сечениями Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Уравнение Бернулли свидетельствуют о том, что по длине потока жидкости гидравлический напор (полная удельная энергия) уменьшается. Из этого же уравнение вытекает также, что по длине потока с ростом давления (пьезометрического напора) скорости уменьшается и наоборот – с увеличением скорости уменьшается давление. Потери напора (удельной энергии) на единицу длины напорного трубопровода называется гидравлическим (гидродинамическом) уклоном. Падение пьезометрического напора (удельной потенциальной энергии) на единицу длины напорного трубопровода называется пьезометрическом уклоном. Пьезометрический уклон может быть положительным и отрицательным. 3.2. Описание опытной установки На характерных участках трубопровода, т.е. при переходе труб от одного диаметра к другому, на конических участках установлены пьезометры. Все пьезометры выведены на специальный щит. Вода в трубопровод подается из расходного бака. Расход измеряется при помощи мерного бака и регулируется установленным в конце трубопровода вентилем. 3.3. Порядок выполнения работы 1. До начала работы убедиться в том, что в пьезометрах отсутствует воздух и уровни воды в них одинаковы. 2. Открыть вентиль слива и определить время, в течение которого в мерный бак поступит 10 л воды. 3. Снять показания пьезометров. 4. От любого горизонтального уровня измерить и записать расстояния z до точек установки пьезометров. 5. Определить расход воды, разделив объем воды 0,01 м3 на время опыта. 6. Вычислить площади живого сечения ω для диаметров труб в точках установки пьезометров. 7. Из уравнения неразрывности потока Q = ω υ для разных сечений трубопровода определить средние скорости воды. 8. Подсчитать скоростные напоры υ2/2g. 9. По показаниям пьезометров и значениям скоростных напоров подсчитать полные удельные энергии в сечениях Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 10. Определить потери энергии между сечениями αi принять равным 1,0. № п/п Диаметр трубы Удельная потенциальная энергия Площадь живого сечения ω, м2 Скорос ть воды υ, м/с Удельная кинетич. энергия Полная удельная энергия Потер и энергии hпот. Положе - Ние Z,м Давлени е суммарн ая 1 25 0,58 0,0010 0,58 4,91*10-4 0,21 0,00225 0,583 2 40 0,56 0,0010 0,56 1,26*10-3 0,08 0,00033 0,561 0,022 3 25 0,55 0,0010 0,55 4,91*10-4 0,21 0,00225 0,553 0,008 4 10 0,53 0,0010 0,53 7,85*10-5 1,30 0,08614 0,617 -0,064 5 25 0,49 0,0010 0,49 4,91*10-4 0,21 0,00225 0,493 0,124 6 40 0,46 0,0010 0,46 1,26*10-3 0,08 0,00033 0,461 0.032 7 20 0,44 0,0010 0,44 3,14*10-4 0,325 0,00538 0,446 0,015 Рисунок.3.2. Графическое изображение пьезометрической и напорной линии 1-трубопровод переменного сечения, 2- пьезометры, 3- трубка Прандтля Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата На миллиметровой бумаге построить пьезометрическую и напорную линии (рис. 3.2), для этого: - в масштабе вычертить схему трубопровода переменного сечения с указанием местных сопротивлений, пьезометров и расстояний; - провести вертикальные линии в плоскости сечений, к которым подключены пьезометры, а также в плоскости сечений, совпадающих с местными сопротивлениями; - на соответствующих вертикальных линиях откладываем значения пьезометрических напоров и соединяя точки, получаем пьезометрическую линию П-П; - от линии П-П откладываем значения скоростных напоров и получаем линию гидродинамического напора. 3.4. Контрольные вопросы 1. В чем заключается геометрический и энергетический смыслы уравнения Бернулли? Ответ: Геометрический смысл уравнения Бернулли идеальной жидкости заключается в том, что при установившемся движении идеальной жидкости сумма трех высот (напоров) геометрической, пьезометрической и скоростной вдоль потока остается постоянной. Энергетический смысл состоит в том, что при установившемся движении жидкости сумма трех удельных энергий - положения, давления и кинетической энергии – остается неизменной. 2. Какие составляющие необходимо учитывать при построении пьезометрической и напорной линии? Ответ: Для построения пьезометрический линии определяют пьезометрические напоры для выбранных сечений. Их находят, вычитая из значений гидродинамических напоров соответствующие скоростные напоры. К построению напорной линии можно приступать после того, как в результате решения уравнения Бернулли станут известными величины: гидродинамические напоры в начальном и конечном сечениях, расход и потери напора. 3. Что представляет гидравлический и пьезометрический уклоны? Ответ: Гидравлической, называется график изменения полного напора вдоль потока. Из уравнения Бернулли следует, что полный напор изменяется только за счет потерь по длине и на местных сопротивлениях. Поэтому напорная линия вдоль потока всегда понижается. Пьезометрической линией называется график изменения пьезометрического напора вдоль потока. Поскольку пьезометрический напор отличается от полного на величину скоростного напора, пьезометрическая линия всегда располагается ниже напорной на расстоянии, равном υ2/2g. Вывод: показали переход потенциальной энергии в кинематическую и кинетической энергии в потенциальную при движении жидкости по трубопроводу переменного сечения. Построили пьезометрическую и напорную линии. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата РАБОТА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГ ТРЕНИЯ Цель работы – опытное определение коэффициента гидравлического трения λ для различных зон гидравлических сопротивлений. Задание - определить опытным путем коэффициенты гидравлического трения λ в водопроводной трубе при различных режимах движения и сравнить полученные значения λ с численными по соответствующим формулам. Оборудование и материалы. Лабораторная установка, мерный бак, секундомер, мерная линейка, штангенциркуль. 4.1.Теоретическое положение При движении в трубопроводах и каналах часть энергии потока расходуется на преодоление сопротивлений, обусловленных трением жидкости о стенки трубопровода и трением между слоями внутри жидкости. Потери напора по длине в трубах круглого сечения определяются по формуле Дарси-Вейсбаха: а в открытых руслах (а также в трубах любой формы сечения) по формуле где λ – коэффициент сопротивления по длине; l и d – длина и диаметр трубопровода; υ – средняя скорость потока; g – ускорение свободного падения; R – гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения ω к смоченному периметру х: Диаметр гидравлический dг = 4 R. Для труб круглого сечения гидравлический диаметр dг совпадает с геометрическим d, т.е. dг= d. Для определения коэффициента λ предложен ряд формул, учитывающих зависимость его от диаметра трубы d, шероховатости стенок Δ и числа Рейнольдса Re. Установлено существование пяти зон сопротивлений (рис. 4.2): 1 – зона вязкого сопротивления. Наблюдается при ламинарном режиме движения Re < 2320. 2 – зона перехода от ламинарного к турбулентному 2320 < Re < 4000. Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 3 – зона гладкостенного сопротивления. Турбулентные потоки состоят из пограничного слоя и турбулентного ядра. Пограничный слой расположен непосредственно у стенок труб и состоит из тонкого слоя жидкости с ламинарным движением толщиной δ пл., называемого ламинарной пленкой и переходного слоя (рис.4.1). Толщина ламинарной пленки определяется: Наблюдается 3-й режим при δ пл. > Δ и числах Рейнольдса 4000 < Re < 10 d/ Δ 4 – зона переходная от гладкостенного сопротивления к квадратичному. Здесь выступы шероховатости начинают обнажаться и выходить за пределы ламинарной пленки 10 d/ Δ < Re <560 d/ Δ 5- зона квадратичного сопротивления. Ламинарная пленка разрушается, выступы обнажаются и омываются турбулентным ядром. При этом Re > 560 d/ Δ При ламинарном режиме коэффициент гидравлического трения определяется по закону Пуазейля. Для турбулентного режима пользуются различными эмпирическими зависимостями, полученными опытным путем. Для гидравлических гладких труб (3 зона) определяется по формуле Блазиуса или П.К. Конакова Для переходной области (4 зона) пользуются формулой А.Д Альтшуля или Френкеля области квадратичных сопротивлений (5 зона) коэффициент трения может быть определен по формуле Шифренсона А для остальных и чугунных труб, бывших в эксплуатации по формуле Ф.А.Шевелева Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Рис. 4.1. Схематическое изображение гидравлически гладкой (а) и гидравлической шероховатости (б) труб Рис. 4.2. График Никурадзе Рис. 4.3. Схема опытной установки для определения коэффициента гидравлического трения: 1 – трубопровод, 2 – емкость расходная, 3 – пьезометры, 4,5 – вентили, 6 – емкость мерная . Величина эквивалентной шероховатости зависит от материала, способа изготовления и соединения труб, от продолжительности эксплуатации. Эквивалентная шероховатость Δ , мм Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 4.2. Описание опытной установки (рис. 4.3) Испытываемый трубопровод 1, диаметром 26 мм подсоединен к напорному баку 2. В начале и в конце трубопровода установлены пьезометры 3. При проведении опыта вентиль 4 полностью открыт, а вентиль 5 служит для изменения расхода воды (следовательно средней скорости υ и числа Рейнольдса Re). Водомерное стекло мерного банка 6 проградуировано в литрах. Для слива воды из мерного бака служит вентиль 7. 4.3 Порядок выполнения работы 1. Опыты проводить при открытии вентиля на 1/3, 2/3 и полностью. 2. При помощи секундомера определить время истечения в мерный бак 10 л воды (0,01 м3). 3. Замерить разность уровней в пьезометрах, что составляет потери напора hдл. на длине 2,5 м. 4. По полученным значениям расхода из уравнения неразрывности Q = ω υ определить скорость воды. 5. Коэффициент кинематической вязкости принять по таблице И определить число Рейнольдса по формуле 6. Определить коэффициент λ по опытным данным из соответствующей формулы и по соответствующим эмпирическим формулам для соответствующих значений и Δ, Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Запись и обработка опытных данных № п/п Наименование характеристик, их обозначения и размерность 1 опыт 2 опыт 3 опыт 1. Продолжительность истечения воды в мерный бак t, c 11 12 10,5 2. Объем воды в мерном баке за время истечения V, м3 1*10-3 1*10-3 1*10-3 3. Температура воды T°,C 15 15 15 4. Разность уровней воды в пьезометрах hдл , м 0,05 0,045 0,06 5. Расход воды Q, м /с 9,09*10-5 8,33*10-5 9,52*10- 5 6. Средняя скорость υ , м/с 0,171 0,157 0,179 7. Значение коэффициента гидравлического трения λ по данным опыта 0,3480 0,3457 0,3529 8. Кинематический коэффициент вязкости воды, м2/с 1,14*10-6 1,14*10-6 1,14*10- 6 9. Число Рейнольдса Re 3905 3580 4091 10. Значение λ по расчетной форме или по графику 0,419 0,477 0,407 4.5. Контрольные вопросы 1. Какие трубы называются гидравлическими гладкими и шероховатыми? Ответ: Труба называется гидравлически гладкой, если средняя высота выступов шероховатости Δ меньше толщины ламинарной пленки δпл. В этом случае величина шероховатости не влияет на потери напора. Если абсолютная шероховатость больше толщины ламинарной пленки Δ > δпл. , то труба называется гидравлически шероховатой. В этом случае шероховатость существенно влияет на движение жидкости. 2. Что характеризует гидравлический радиус? Ответ: гидравлический радиус характеризует отношение площади живого сечения ω к смоченному периметру х: 3. От каких параметров зависит число Рейнольдса? Ответ: Из формулы расчета число Рейнольдса зависит от зависит от динамической вязкости μ , средней скорости движения , плотности жидкости ρ и диаметра трубопровода d. 4. От каких параметров зависит значение коэффициента λ при различных числах Рейнольдса? Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата Ответ: Для определения коэффициента λ используют формулы, учитывающие зависимость его от диаметра трубы d, шероховатости стенок Δ и числа Рейнольдса Re. Вывод: определили опытным путем коэффициент гидравлического трения λ для различных зон гидравлических сопротивлений. |