10844
.pdf
11
1 Состав лабораторной работы
В состав работы входит:
1.Определение гидравлического коэффициента трения λ .
2.Нанесение опытных значений λ на график Г.А. Мурина с построением по опытным точкам кривой λ − Re .
3.Определение по графику Г.А. Мурина или по формуле (5) эквивалентной
шероховатости ЭКВ для данной экспериментальной трубы.
1 |
|
= c ×lgα × |
d |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
= c ×lg |
|
|
+ b , |
(5) |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
λ |
DЭКВ |
|
||||||
|
|
|
|
DЭКВ |
|
|
|||
Таблица 1 – Числовые значения параметров c, α, b
Параметр |
по Прандтлю- |
по Альтшулю |
По Н.Ф. Федорову |
|
Никурадзе |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
c |
2,0 |
1,8 |
2,0 |
|
|
|
|
|
|
α |
3,7 |
10,0 |
3,42 |
|
|
|
|
|
|
b |
1,14 |
1,8 |
1,07 |
|
|
|
|
|
12
2 Опытная установка
Опытная установка для определения коэффициента местного сопротивления пробкового крана представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Опытная установка
Питание установки водой осуществляется по циркуляционному циклу с забором воды из подземного резервуара и сбросом воды прошедшей через установку обратно в подземный резервуар.
Установка состоит из горизонтальной трубы 1, подсоединенной стояком 2 к
лабораторному баку 3, который обеспечивает поступление воды в вышеуказанную трубу под постоянным напором. Для поддержания постоянного напора в баке 3
имеется переливная перегородка (водослив) 4, через которую излишняя вода по трубе 5 отводится в подземный резервуар.
13
На подающей трубе 6 от насоса установлена задвижка 7 для регулирования подачи воды в бак. Количество подаваемой воды во время опыта должно быть несколько больше, чем расходуется во время опыта.
Начало экспериментального участка l1 удалено от стояка 2 на расстоянии 50d
для устранения влияния начального участка на результаты опытов. От конца экспериментального участка до задвижки 12 регулирующей расход, чтобы не было влияния на экспериментальный участок принято расстояние l2 = 15d .
К исследуемой трубе l в точках а и в, расположенных на расстоянии 100d
присоединен с помощью резиновых трубок 8 дифференциальный пьезометр 9,
который во время опыта показывает потерю давления hл на этом участке.
В нижней части дифференциальный пьезометр имеет краны n1 и n2, с
помощью которых можно выключить указательные трубки дифференциального пьезометра. Это устройство позволяет более точно делать отсчеты по шкале, для чего нужно закрыть краны и тогда колебания давления в трубе не будут передаваться на уровень жидкости в трубках дифференциального пьезометра.
Необходимо чтобы закрытие обоих кранов у дифференциального пьезометра производилось одновременно. В верхней части дифференциального пьезометра имеется кран 14 через который возможно подкачивать сжатый воздух, или выпускать его из трубок дифференциального пьезометра, устанавливая показания в них на удобную высоту.
Регулирование расхода проходящего по экспериментальному участку l
производится задвижкой 12. С помощью отсекателя 13 вода прошедшая через установку направляется в мерный бак 10 или подземный резервуар.
Измерение температуры воды производится термометром 11.
14
3 Проведение опытов
В отчетный бланк (приложение) вносятся данные об опытном трубопроводе.
Опыты проводятся в следующей последовательности:
1. Включают насос, открывают задвижки 7 и 12. Заполняют бак 3 и через систему начинает циркулировать вода. Открытие задвижки 7 должно быть таким,
чтобы количество поступающей воды в бак 3 было больше, чем требуется для проведения опыта.
2.Устанавливают уровни жидкости в пьезометрах на удобной для отсчета
высоте.
3.Закрывают задвижку 12 и проводят проверку нуля дифференциального пьезометра. Уровни в трубках должны находиться на одной высоте.
3.Закрывают задвижку 12 и проводят проверку нуля дифференциального пьезометра. Уровни в трубках должны находиться на одной высоте.
4.Открывают задвижку 12 и устанавливают расход в опытной трубе соответствующий первому опыту.
Во время производства опыта производят следующие измерения:
1. Измерение расхода производится мерным баком 10. Для этого отсекателем
13 направляют вытекающую воду в мерный бак 10 и одновременно включают секундомер. По наполнении бака 10 струю воды отсекателем 13 направляют в подземный резервуар и одновременно останавливают секундомер.
2.Измерение потерь напора hл по дифференциальному пьезометру 9.
3.Измерение температуры воды по термометру 11.
Опыты проводятся 8 – 10 раз при различных расходах.
Все данные измерений по опытам заносятся в отчетный бланк (приложение).
К отчетному бланку прилагается схема лабораторной установки и график зависимости Г.А. Мурина с нанесенными на нем опытными точками и построенной по ним кривой λ − Re . Полученное значение эквивалентной шероховатости ЭКВ
сравнивают с приведенным в гидравлических справочниках.
15
Список литературы
1. Мейеров, А.С. Определение гидравлического коэффициента трения в трубопроводе : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Гидравлика» студентами III курса / А. С. Мейеров ; Нижегор. гос.
архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2006. – 14 с.
2. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г. Киселева. –
Москва : Энергия, 1972. – 312 c.
16
Приложение
Отчет
Определение гидравлического коэффициента трения в трубопроводе
Факультет |
|
, курс |
|
, группа |
Состав бригады:
Дата проведения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
лабораторной работы |
|
|
|
|
|
|
|
Преподаватель |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ФИО) |
|
|
|
|
Опытный трубопровод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Материал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Диаметр трубопровода d = |
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Площадь сечения трубы ω |
= π × d 2 |
= |
|
|
|
м2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Длина опытного участка l = |
4 |
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
скоростьСредняяυ=Q/ω, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
экв |
|
Эквивалентная шероховатостьпо формуле 5 ∆ |
||
|
опыта№ |
вытекшейОбъемводы V,м |
истеченияВремя t, с |
|
Q=V/t,Расходм |
напораПотериh |
Температураводы t, ◦ |
Вязкостьν, м |
|
|
|
ν/ |
|
Коэффициент гидравлическоготрения =2gdhλ |
|
Относительнаягладкостьпо ..АГграфикуМурина d/∆ |
Эквивалентная шероховатостьпографтку ..МуринаАГ ∆ |
||||||
|
|
|
|
|
РейнольдсаЧислоR |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
/ с |
|
|
, м |
|
|
/ с |
|
|
|
d = υ |
|
υ |
|
|
|
, мм |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
л |
|
|
2 |
|
|
|
e |
|
|
|
|
экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение эквивалентной шероховатости ∆экв =
17
18
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
19
Введение
В учебно-методическом пособии приведена методика экспериментального определения коэффициента местного сопротивления и построение гидравлической характеристики пробкового крана.
Наблюдения показывают, что при прохождении жидкости через фасонные части и арматуру трубопроводов (краны, задвижки, повороты и т.д.) теряется значительное количество энергии вследствие образования в потоке мертвых пространств, занимаемых водоворотами. Эти водовороты изменяют распределение скоростей в поперечном сечении потока и вообще характер движения и тем увеличивают потери. Подобного рода потери энергии, имеющие местный характер,
называются местными потерями энергии. Фасонные же части и арматура трубопроводов, в пределах которых происходят эти потери, называются местными сопротивлениями [1].
Потери удельной энергии потока на преодоление местных сопротивлений определяются по формуле Вейсбаха [2]
|
|
h = ζ × |
υ2 |
, |
|
(1) |
|
|
2 × g |
|
|||
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
hм |
– потеря удельной энергии потока |
на преодоление |
местного |
||
|
сопротивления; |
|
|
|
|
|
|
ζ – |
коэффициент местного сопротивления; |
|
|
|
|
|
υ – |
средняя скорость в сечении за местным сопротивлением (иногда перед |
||||
|
сопротивлением); |
|
|
|
|
|
|
g – |
ускорение свободного падения. |
|
|
|
|
|
Величина средней скорости υ определяется из уравнения расхода |
|
||||
|
|
Q = ω ×υ = π × d 2 |
×υ , |
(2) |
||
|
|
|
|
4 |
|
|
где |
Q – |
расход, м3/с; |
|
|
|
|
|
ω – |
площадь живого сечения потока, м2; |
|
|
|
|
|
d – |
диаметр трубы. |
|
|
|
|
20
Теоретическое определение коэффициента ζ возможно лишь для некоторых простейших видов местных сопротивлений.
Для подавляющего большинства местных сопротивлений коэффициент ζ определяется экспериментально.
Проведенные исследования показали, что наибольшие изменения коэффициент местного сопротивления ζ в зависимости от числа Рейнольдса претерпевает в области ламинарного режима.
При турбулентном режиме движения изменение коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса настолько незначительны, что ими вполне можно пренебречь. Поэтому при практических расчетах в области турбулентного режима движения этот коэффициент считают зависящим только от типа местного сопротивления, а для запорных устройств – также от закрытия.
В справочниках, как правило, содержатся данные о коэффициентах местных сопротивлений, полученных из опытов, для турбулентных потоков.
Если местные сопротивления расположены последовательно на близких расстояниях и в разделяющим их участке трубопровода не успевает произойти стабилизация потока, следует учитывать взаимное влияние местных сопротивлений. Расстояние, на котором поток за местным сопротивлением успевает стабилизироваться, существенно зависит от типа местного сопротивления.
Вобычных случаях длина прямолинейного участка должна быть порядка 10d .
Вэтом случае можно считать, что местные сопротивления работают независимо.
Если есть влияние одного местного сопротивления на другое, то необходимо рассматривать их как единое сложное местное сопротивление и потери напора в них определять экспериментальным путем.
В данной лабораторной работе производится экспериментальное определение коэффициента местного сопротивления пробкового крана (рисунок 1) в
зависимости от его закрытия.