Порядок выполнения работы. Цель работы. Теоретическая часть. Описание установки

Цель работы

1) опытное определение потерь напора по длине в круглоцилиндрической трубе при напорном установившемся равномерном движении воды

2)опытное определение коэффициента гидравлического трения

3)определение области гидравлического сопротивления трубопровода

4)вычисление коэффициента гидравлического трения по эмпирической формуле для соответствующей области гидравлического сопротивления

5)вычисление толщины ламинарного пограничного слоя

 

Теоретическая часть

Гидравлическое сопротивление – силы трения, преодолеваемые потоком. Поскольку удельная энергия жидкости, отнесенная к единице веса, именуется в гидравлике напором, затраты энергии на преодоление сил трения получили название потерь напора.

Различают два вида гидравлических сопротивлений и обусловленных ими потерь напора:

1)потери по длине потока h_l (затраты энергии на преодоление сопротивлений, равномерно распределенных по длине потока) 2) местные потери напора h_м (локальные сопротивлениями, сосредоточенными на небольшом участке потока, например, на резком повороте, при вытекании жидкости из отверстия и т. д.)

Полная потеря напора:

В данной лабораторной работе определяется потеря напора по длине прямого горизонтального трубопровода между сечениями 11 и 12 при напорном движении.

 

 

Напорное движение возникает в условиях, когда труба заполнена жидкостью и гидродинамическое давление во всех точках жидкости выше, чем атмосферное.

На участке 11-12 местное сопротивление отсутствует, поэтому и потеря напора может быть определена как разность напоров в сечениях 11 и 12.

H₁₁ – H₁₂ =h_l (1)

Данное уравнение представляет собой уравнение Бернулли

(2)

Согласно уравнению неразрывности потока, расход Q во всех сечениях трубопровода одинаково. Площадь живого сечения потока тоже не изменяется по длине потока. Следовательно, средняя скорость движения воды в трубопроводе () и скоростная высота () во всех сечениях одинаковы. Это означает, что движение воды в трубопроводе равномерное.

Для горизонтального трубопровода z₁₁=z₁₂ и уравнение (2) преобразуется в выражение

(3)

Которое показывает, что в прямом напорном трубопроводе потеря напора по длине равно разности пьезометрических высот в начале и конце рассматриваемого участка (при равномерном движении жидкости потери напора можно определять не только по напорной, но и по пьезометрической линии)

Таким образом, опытное определение заключается в измерении разности пьезометрических высот в пьезометрах 11 и 12

- безразмерный коэффициент гидравлического трения (гидравлическое сопротивление по длине в напорных трубопроводах), который входит в формулу Вейсбаха – Дарси для вычисления потерь напора по длине

=> (4)

Расход воды в трубопроводе

(5)

Средняя скорость движения воды

(6)

При проведении лабораторной работы необходимо вычислить число Рейнольдса ( (7)), а затем по его величине определить режим движения воды в трубопроводе и область гидравлического сопротивления трубопровода. Далее нужно выбрать по таблице соответствующую формулу, вычислить по ней и сравнить с величиной , полученной опытным путем.

Толщина ламинарного пограничного слоя

(8)

В заключение следует сравнить полученную величину с _э (эквивалентная шероховатость стенок трубопровода) и сделать вывод о работе трубопровода а режиме гидравлических гладких или шероховатых труб

Re<2300   f(Re)

Описание установки

 

Потери напора по длине определяются в 1- прямой горизонтальный трубопровод с внутренним диаметром d=5.1 cм на участке длиной l=500см

11-12-пьезометры

Вода в трубопроводе подается из напорного бака-2, который питается от водопровода 8 через вентиль 7. Уровень воды в баке поддерживается постоянным с помощью сливной трубы 9. Регулирование расхода воды в трубопроводе производится с помощью побочных кранов 3 и 4. Для определения расхода служит резервуар 5 с поплавком измерителем объема воды 6.

 

Порядок выполнения работы

Опытные данные

Номер опыта			t	W	t		Размеры трубопровода
-	см	см	с	л	С		-
		99,5				0,01032

Расчётные данные

Номер опыта	h	Q	V	Re		Область гидравлического сопротивления
Из опыта	По расчёту
-	см	См /c	См/c	-	-	-	-	-	cм
	5,5		61,2	30244,2		Область доквадратичного сопротивления	0,03	0,03	0,03

 

 

3.Подготовить установку к работе

А)Наполнить бак 2, для чего закрыть кран 4, открыть кран 3 и вентиль 7.Когда бак наполниться, начнёт работать сливная труба 9.

Б) При закрытом кране 4 и открытом кране 3 проверить положение уровня воды в пьезометрах 11 и 12. В отсутствие движения воды в трубопроводе они должны быть одинаковыми и совпадать с уровнем в напорном баке.

4. Открыть кран 4

5. Снять показания пьезометров 11 и 12

6. Направить поток воды из трубопровода в резервуар 5 с помощью переливного лотка и одновременно включить секундомер. Через 30с вернуть переливной лоток в исходное положение и замерить объем воды в резервуаре 5 с помощью поплавкового измерителя 6. Для этого необходимо взять отсчёт в мм по шкале измерителя и перевести его в литры по градуировочному графику, укрепленному на стене рядом с установкой.

7. Измерить температуру воды, вытекающей из трубопровода.

8. Из таблицы взять значение кинематического коэффициента вязкости , соответствующей измеренной температуре воды

Все данные записать в таблицу «Опытные данные»

 

Обработка опытных дынных:

1. Вычислить потерю напора по длине по формуле (3)

1. Вычислить расход воды (5)

1. Вычислить среднюю скорость движения воды в трубопроводе (6)

4.Вычислить коэффициент гидравлического трения (4)

5. Вычислить число Рейнольдса (7)

6. Вычислить относительную гладкость трубопроводы ( = 0,02 см)

7. Определить область гидравлического сопротивления трубопровода

 

=> Область доквадратичного сопротивления

8.Определить расчетное значение коэффициента гидравлического трения по эмпирической формуле, соответствующей найденной области гидравлического сопротивления

 

1. Вычислить толщину пограничного ламинарного слоя (8)

=> турбулентное ядро потока в процессе движения не соприкасается с неровностями стенок трубы. В этом случае коэффициент гидравлического трения не зависит от шероховатости, а стенки труб и сами трубы называются гидравлическими гладкими.

10. Все данные вычислений записать в таблицу «Расчётные данные»