1 Цель работы:

Экспериментальное определение коэффициента гидравлического сопротивления трубопровода по длине и коэффициента его шероховатос­ти.
2 Содержание работы:

- выявить основные факторы, влияющие на потери удельной гидравлической энергии по длине трубопровода;

- установить взаимосвязь между коэффициентом гидравличес­кого сопротивления, числом Рейнольдса, относительной шероховатостью и диаметром трубопровода;

- определить потери удельной гидравлической энергии при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости в трубопроводах;

- ознакомиться с методикой экспериментального определения коэффициента гидравлического сопротивления по длине трубопровода и коэффициента шероховатости.
3 Порядок выполнения работы:

- ознакомиться с испытательным стендом и порядком проведения лабораторной работы;

- провести эксперименты;

- обработать результаты исследований и представить в виде графиков или таблиц;

- оформить и защитить отчет по лабораторной работе.
4 Теоретическая часть

Потери на трение или потери по длине – это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения при равномерном течении и возрастают пропорционально длине трубы. Этот вид потерь обусловлен внутренним трением в жидкости и трением о стенки трубопровода.

Потери напора по длине трубопровода, как показали опыты, зависят от средней скорости движения жидкости v, линейного размера живого сечения (диаметр d, гидравлический радиус R_г и др.), вязкости μ, плотности ρ, шероховатости стенок, выраженной средним размером выступов ∆ и длины трубопровода l.

Функционально это зависимость выражается формулой Пуазейля

h_тр = 32 ν l v /g d2

Потерю напора можно выразить по общей формуле для гидравлических потерь

h_тр = ξ_трv²/2g, (5.1)
Однако, для определения потерь напора в круглой цилиндрической трубе удобнее коэффициент ξ_тр связать с относительной длиной трубы l/d

.

В результате формула (5.1) примет вид

---

(5.2)

или в единицах давления
, (5.3)
где γ – удельный вес жидкости.

Зависимость (5.2) называется формулой Дарси-Вейсбаха.

Безразмерный коэффициент λ называется коэффициентом потерь на трение или коэффициентом сопротивления трению. Его можно рассматривать как коэффициент пропорциональности между потерей напора на трение с одной стороны, и произведением относительной длины трубы на скоростной напор с другой стороны.




Рисунок 5.1 - Гидравлически гладкие и шероховатые трубы
Поверхности стенок труб (каналов) имеют ту или иную шероховатость. Обозначим высоту выступов шероховатости буквой ∆. Обычно ∆ называют абсолютной шероховатостью, а ее отношение к радиусу трубы (∆/r = 2∆/d) – относительной шероховатостью. Величина, обратная шероховатости называется относительной гладкостью (r/∆). С целью упрощения расчетов вводят понятие эквивалентной шероховатости ∆_экв, при которой потери напора в трубопроводе получаются такими же, как и при фактической неоднородной шероховатости.

При турбулентном режиме в зависимости от соотношения толщины ламинарного слоя δ и абсолютной шероховатости ∆ различают гидравлически гладкие и шероховатые трубопроводы (рисунок 5.1). Если ламинарный слой полностью закрывает выступы и неровности на стенках трубы (δ>∆), трубопровод считается гидравлически гладким. Если же δ<∆, то трубопровод считается гидравлически шероховатым.
Таблица 5.1 - Значение ∆_экв для трубопроводов различного назначения

№ п/п	Материал и вид трубы	Состояние трубы	Значение ∆э 10-3, м
1	Тянутые трубы из стекла и цветных металлов	Новые, технически гладкие	0.000-0.002
2	Бесшовные стальные трубы	Новые и чистые После нескольких лет в эксплуатации	- 0.02 0.15 – 0.3
3	Стальные трубы сварные	Новые и чистые Умеренно заржавевшие Сильно заржавевшие или с большими отложениями Старые заржавевшие	0.03 – 0.1 0.3 – 0.7 2.0 – 4.0 0.8 – 1.5
4	Чугунные трубы	Новые Бывшие в употреблении Очень старые	0.3 - 0.4 0.5 – 1.5 до 30
5	Пластмассовые трубы	Для dвнутр. = 50 – 1200 мм соответственно	0.005-0.05

---

В общем случае коэффициент λ является функцией λ = f(R_е;∆_экв/d) числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Существуют следующие зависимости для определения коэффициента трения λ:

- при ламинарном режиме

; ( ф. Ж. Пуазейля) (5.4)

- при турбулентном режиме

а) Rе<10 - гидравлически гладкие трубопроводы, λ = f(R_е);
( ф. Г. Блазиуса) (5.5)
б) 10 < Rе < 500 - коэффициент λ = f(R_е; ∆_экв/d);

(ф. А.Д. Альтшуля) (5.6)
в) Rе > 500 - гидравлически шероховатые трубопроводы, λ = f(∆_экв/d);

(ф. Б.Л. Шифринсона) (5.7)

6 Описание лабораторного испытательного стенда

Испытательный стенд (рисунок 5.2) состоит из напорного трубопровода 3, двух трубопроводов 1 и 2, имеющих соответственно длины L₁ и L₂. Пьезометры П₁₁ и П₁₀ показывают величину пьезометрического напора (z + P/γ) в начале и конце первого трубопровода L₁=2м, а пьезометры П₁₆ и П₁₅ – соответственно на втором трубопроводе L₂=2м.Подача жид­кости в исследуемый трубопровод осуществляется с помощью вен­тилей В₈ и В₁₀. Вентили В₉, В₁₁ служат для регулирования скорости движения в трубопроводе. Отвод (слив) жидкости из мерного бачка (МБ) производится вентилем В₁₂. Расход жидкости опреде­ляется объемным способом.
7 Порядок проведения опытов и обработки экспериментальных данных

После ознакомления с испытательным стендом опыты проводятся в следующем порядке:

1. 
   Закрыть вентили В₈, В₉, В₁₀, В₁₁. Открыть вентиль В₁₂ и выпустить жидкость из мерного бачка, после чего вентиль В₁₂ закрыть.
   
2. 
   Открыть вентиль В₈ и заполнить трубопровод рабочей жидкостью. Уровень жидкости в пьезометрах П₁₁ и П₁₀ должен быть одинаковым.
   
3. 
   Плавно открывая вентиль В₉, одновременно засечь время наполнения мерного бачка МБ до отметки, указанной на бачке. Установить режим движения, при котором уровень жидкости в пьезометре 11 займет одно из промежуточных значений в диапазоне (70…90)10^-2 м.
   
4. 
   Снять показания с пьезометров П₁₁ и П₁₀, которые соответствуют значениям (z₁₁ + P₁₁/γ) и (z₁₀ + P₁₀/γ). Результаты измерения занести в журнал наблюдений.
   
5. 
   После того, как уровень жидкости в мерном бачке достигнет отметки «с», вентиль В₉ закрыть и одновременно засечь время наполнения. Результаты измерения занести в журнал наблюдений.
   
6. 
   Открыть вентиль В₁₂ и выпустить жидкость из мерного бачка, после чего вентиль В₁₂ закрыть.
   
7. 
   Со стенда снять значения d₁ и L₁.
   
8. 
   Закрыть вентиль В₈ и открыть вентиль В₁₀. Уровень жидкости в пьезометрах П₁₆ и П₁₅ должен быть одинаковым.
   
9. 
   Далее в описанном порядке (начиная с п.3) повторить опыт, снимая показания с пьезометров П₁₆ и П₁₅, которые определяют потери в трубопроводе длиной L₂ и d₂. Результаты занести в таблицу 5.2. Уровень жидкости в пьезометре П₁₆ установить (75…95)10^-2м.
   

---

Задача 1.3. Даны: трубопровод (рисунок 1.3,а), расход жидкости Q, ее свойства (и ) и все геометрические данные (l, d, z₁, z₂), шероховатость трубы _э, а также давление в конечном сечении р₂. Найти потребный напор Н_потр.



Рисунок 1.3 – Расчетные схемы: а) - к задаче 1.3; б) - к задаче 1.4

Рисунок 5.2 - Схема лабораторного стенда
На основе данных наблюдений и замеров определяют:

а) расход жидкости в трубопроводе



где W – объем мерного бачка, м³;

t – время наполнения мерного бачка;
б) среднюю скорость движения жидкости в трубопроводе и скоростной напор v²/2g, где S – площадь живого сечения, S = ;

в) гидравлический радиус R_г = d/4;

г) потери по длине трубопровода

;

;
д) гидравлический уклон

i = h_тр/L,

где L – длина трубопровода или расстояние между пьезометрами;
е) коэффициент гидравлического трения

;
и) число Рейнольдса

,

где - коэффициент кинематической вязкости, выбирается по таблице в зависимости от температуры жидкости;

к) в зависимости от численного значения Rе устанавливают режим движения жидкости в трубопроводе, а затем в соответст­вии с режимом по формулам (5.4) – (5.7) определяют рас­четное значение коэффициента трения λ_р;

л) оценить погрешность в определении коэффициента гидрав­лического трения экспериментальным и расчетным путями.

Таблица 5.2 - Данные измерений и вычислений

№	Наименование	Обозн.	Разм.	1	2
1	Диаметр трубы	d	м
2	Площадь сечения трубы	S	м2
3	Показания пьезометров а) в начале трубы б) в конце трубы	(z+P/γ)	м м
4	Потери напора по длине	hтр	м
5	Расстояние между пьезометрами	L	м
6	Объем жидкости в мерном бачке	W	м3
7	Время наполнения мерного бачка	t	с
8	Расход жидкости	Q	м3/с
9	Средняя скорость движения жидкости	v	м/с
10	Скоростной напор	v2/2g	м
11	Гидравлический радиус	RГ	м
12	Гидравлический уклон	i	-
13	Коэффициент трения по длине (из опыта)	λоп	-
14	Коэффициент Шези	С	-
15	Коэффициент шероховатости	n	-
16	Температура	T	С0
17	Число Рейнольдса	Re	-
18	Режим движения
19	Коэффициент кинематической вязкости	υ	м2/с
20	Коэффициент по формуле, соответствующий зоне сопротивления	λр

---

---

Смотрите также файлы

• Контрольная работа по мдк. 02. 01 монтаж, эксплуатация и ремонт элетрооборудования промышленных предприятий и гражданских зданий.doc

• Контрольная работа по дисциплине Основы инклюзивного взаимодействия на тему.docx

• Дисциплина Информатика и информационнокоммуникационные технологии в профессиональной деятельности Практическое занятие 4 Обучающийся Макеевский Михаил Владимирович Преподаватель Афанасьева Ирина Эриковна задание 1 Максимальное количество баллов 5.doc

• Место под титульный.rtf

• Самостоятельная работа к теме 2 Организация внеурочной деятельности и дополнительного образования в Школе Минпросвещения России полного дня Цель проекта.docx