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:

1. 
   Определить потери напора по длине канала опытным и расчетным путем.
   
2. 
   Сопоставить полученные результаты.
   

Теоретические основы метода:

Потери напора на трение по длине пропорциональны длине канала и для круглых труб определяются по формуле Дарси:

(40)

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:

(41)

При турбулентном режиме течения различают области гидравлически гладких и шероховатых труб.

Трубу считают гидравлически гладкой, если:

(42)

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:

(43)

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:

(44)

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:

(45)

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 d_r.

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:

---

(46)

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:

1. 
   Измерить стороны А, В поперечного сечения бака 2 и расстояние Н'_омежду осями каналов 4 и 5. Измерить расстояния l_I, ..., l_Vот начала канала до соответствующих пьезометров (рис. 7). Измерить температуру Тпри помощи термометра.
   
2. 
   При заполненном водой баке 2 поставить устройство баком 1 вниз, вертикально или наклонно.
   
3. 
   Измерить напор Н_о, равный разности высот расположения осей каналов 4 и 5. Снять показания пьезометров h_I, ..., h_V .
   
4. 
   Измерить время tизменения уровня в баке 2 на произвольную величину по шкале 6.
   
5. 
   Результаты измерений, а также размеры a и впоперечного сечения канала (указаны на корпусе устройства) внести в таблицу наблюдений 5. 1.
   

S


Обработка результатов опыта:

1. 
   По показаниям пьезометров h_I..h_V рассчитать значения пьезометрического напора, принимая на оси канала 5 Z= 0:
   

(47)

2. 
   На миллиметровой бумаге изобразить в масштабе 1:1 канал 5 и построить пьезометрическую линию по величинам пьезометрических напоров P/ρgв местах установки пьезометров.
   
3. 
   По пьезометрической линии выделить участок канала с постоянным ее наклоном, соответствующий установившемуся течению. Определить его длину lи опытное значение потерь h_тр по формуле (46).
   
4. 
   Вычислить расход потока:
   

---

(48)

5. 
   Определить среднюю скорость потока:
   

(49)

где .

6. 
   Определить значение вязкости воды по формуле (3).
   
7. 
   Вычислить гидравлический диаметр канала:
   

(50)

8. 
   Рассчитать число Рейнольдса:
   

(51)

9. 
   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.
   
10. 
    Определить расчетное значение потерь напора h_трпо длине с помощью формулы (40), подставляя d=d_r.
    
11. 
    Вычислить относительное расхождение опытного и расчетного значений потерь напора:
    

(52)

Результаты всех расчетов вносить в таблицу наблюдений 5.1.
Таблица наблюдений 5. 1.

Сечение канала	l	h	P/ρg
	мм	мм	мм
I II III IV V

A	B	H'o	T	ν	Ho	l	hтр	S	t	Q
мм	мм	мм	°С	м2/с	мм	мм	мм	мм	с	м3/с

---

a	b	υ	dr	Re	Режим течения. Область сопротивления	λ	h'тр	δh
мм	мм	м/с	мм				мм	%

Отчет по работе:

Отчет по работе должен включать следующие пункты:

1. 
   Титульный лист.
   
2. 
   Наименование и цель работы.
   
3. 
   Схему опытной установки.
   
4. 
   Таблицу наблюдений.
   
5. 
   Обработку результатов опыта.
   
6. 
   Определение погрешности измерений основных величин.
   
7. 
   Выводы.
   

---

Смотрите также файлы

• Новое политическое мышление и перемены во внешней политике ссср.docx

• Понятия экологии, труды.doc

• Человека, о нравственноэтических нормах поведения и правилах межличностных отношений, в том числе отражённых в художественных произведениях.docx

• 4. Разность между потенциальным ввп и фактически произведенным реальным ввп.docx

• Интерпретатор командной строки ос ms windows. Часть Язык интерпретатора и командные файлы.doc