Лабораторная работа выполняется на гидравлическом стенде ТМЖ – 2 с использованием модуля № 4, представляющего собой прозрачную цилиндрическую трубу диаметром d = 20 мм, расход воды в которой регулируется вентилем (8) (рисунок 2). Через тонкую трубку, вводимую в боковую поверхность трубы, в поток может подаваться струйка краски, расход которой регулируется игольчатым вентилем (8). Расход воды в трубе измеряется ротаметрами.
Порядок выполнения работы
Установив по возможности малый расход в трубе и выдержав время достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием игольчатого вентиля (8) начинают подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается, если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе. Меняя степень открытия игольчатого вентиля необходимо добиться наличия в трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком. Затем измеряется расход, после чего он увеличивается путем дополнительного открытия вентиля и после достижения установившегося режима опыт повторяется. Таких опытов производится несколько (5-6) вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномерно размывается по толще потока и становится не видимой.
Результаты измерений и наблюдений сводятся в таблицу 3.
Таблица 3 – Обработка экспериментальных данных
| № режима | Расход, Q, м3/с | Средняя скорость
 , м/с
| Число Рейнольдса
| Визуальная структура потока |
Коэффициент кинематической вязкости воды ν принимается в зависимости от температуры воды по таблице (Приложение Б).
В завершении работы следует по результатам наблюдений определить критическое значение числа Рейнольдса и сделать вывод о соответствии (не соответствии) полученного значений принятому Reкр = 2320.
Контрольные вопросы к лабораторной работе №2
1. Какие существуют режимы движения жидкости?
2. Дать характеристику ламинарного движения жидкости.
3. Дать характеристику турбулентного движения жидкости.
4. Что является критерием для определения режима движения жидкости?
5. Как определяется число Рейнольдса?
6. Чему равно критическое число Рейнольдса?
7. Что такое критическая скорость?
8. Как определить режим движения жидкости в трубопроводе?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ
Цель работы:
1. Опытным путем определить потери напора в круглой трубе и коэффициент гидравлического трения.
2. По экспериментальным данным проверить применимость формулы А.Д. Альтшуля для коэффициента гидравлического трения для напорных труб.
Общие сведения
Движение жидкости в круглой трубе постоянного сечения сопровождается потерями напора по длине (потери на трение) hl.
Потери напора по длине можно определить из уравнения Бернулли, записав его для двух сечений 1-1 и 2-2 (рисунок 5). Так как ось трубы горизонтальна, то плоскость сравнения совмещается с осью трубы (z1 = z2 = 0). Учитывая, что труба постоянного сечения (V1 = V2 и α1 =α2), уравнение Бернулли принимает вид
| (5) |
Так как на рассматриваемом участке трубопровода отсутствуют местные сопротивления, то общие потери напора будут равны потерям по длине 
. Следовательно, потери напора по длине определяются разностью пьезометрических высот в сечениях 1-1 и 2-2.
Рисунок 5
С другой стороны, при равномерном движении жидкости потери напора по длине рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха
| (6) |
где λ – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);
l – длина трубы, м;
d – диаметр трубы, м;
V – средняя скорость движения жидкости, м/с.
Представленные зависимости (4) и (5) позволяют определить коэффициент гидравлического трения опытным путем.
Для определения коэффициента гидравлического трения расчетным путем существует ряд зависимостей.
При ламинарном режиме движения жидкости коэффициент гидравлического трения λ зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле
| (7) |
и потери напора будут пропорциональны скорости в первой степени
| (8) |
При турбулентном движении жидкости выделяют три области сопротивлений:
- область гидравлически гладких труб, где λ не зависит от шероховатости, а зависит только от числа Рейнольдса и определяется по формуле Блазиуса
| (9) |
- область доквадратичных (смешанных) сопротивлений, в которой коэффициент λ зависит от числа Рейнольдса и шероховатости трубы (λ=f(Re, kэ) и определяется по формуле А.Д. Альтшуля
| (10) |
где kэ – эквивалентная шероховатость трубопровода, м;
- область квадратичных сопротивлений, где коэффициент λ зависит только от шероховатости трубы и определяется по формуле Б.Л. Шифринсона
| (11) |
Формулы Блазиуса (9) и Шифринсона (11) являются частными случаями формулы А.Д. Альтшуля, первая – при 
(зона гидравлически гладких труб), вторая – при 
(зона квадратичных сопротивлений). Таким образом, формула А.Д. Альтшуля (10) может считаться применимой в любой области сопротивления при турбулентном движении.