 |
Обработка полученных данных
|
|
|
|
1. Определяют объемный расход жидкости
.
2. Определяют среднюю скорость воды в стеклянной трубке
где 
- площадь поперечного сечения стеклянной трубки.
3. Определяют абсолютную температуру воды
К.
4. Определяют плотность воды
5. Определяют коэффициент динамической вязкости воды
.
6.Определяют коэффициент кинематической вязкости воды
.
7.Определяют число Рейнольдса по формуле
8.Сравнивая полученное значение числа Рейнольдса с критическим значением 
= 2300, сделать вывод о режиме движения жидкости.
9.Аналогичные расчеты провести для всех проведенных экспериментов.
Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА
1. Цель работы – экспериментальное определение коэффициента сопротивления 
по длине при движении жидкости в трубах и сопоставление полученных данных с вычисленным значением коэффициента по эмпирическим формулам.
Общие сведения
Одной из важнейших задач гидравлики является определение потерь напора (удельной энергии) при движении жидкости. При этом различают потери напора по длине трубопровода на трение 
. Суммарные потери напора 
, входящие в уравнение Бернулли, включают эти два вида потерь напора.
Потери напора по длине трубопровода 
(в прямолинейных участках) при движении вязкой жидкости в напорном трубопроводе определяют по формуле Дарси-Вейсбаха
где 
- коэффициент гидравлического сопротивления по длине; 
- длина участка трубы, на котором определяются потери напора, м; 
- диаметр трубопровода, м; 
- ускорение силы тяжести, м/с2; 
- средняя скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с.
В общем случае коэффициент не является постоянной величиной, а изменяется с изменением числа Рейнольдса и относительной шероховатости трубопровода 
, которая равняется отношению высоты выступов шероховатости 
к диаметру трубопровода.
|
|
|
При расчетах трубопроводов обычно принимают значения эквивалентной шероховатости труб, приведенные в таблице 4.1.
Многочисленные экспериментальные исследования потерь напора в трубопроводах показали, что имеют место четыре области сопротивления, в которых коэффициент определяют по различным формулам.
Первая область соответствует диапазону чисел 
< 2300. Это область ламинарного режима движения. В этой области коэффициент сопротивления трения не зависит от относительной шероховатости стенок (является функцией только числа ). Его определяют по формуле
Таблица 4.1 -Значения эквивалентной шероховатости типичных труб
| Материалы труб и способ изготовления | , мм
|
| Стальные новые бесшовные Стальные бесшовные, бывшие в употреблении (незначительная коррозия) Стальные бесшовные после длительной эксплуатации Новые чугунные трубы Трубы из латуни, меди Трубы из нержавеющей стали Стеклянные трубы | 0,1 0,2…0,3 0,4…1,0 0,3 0,002 0,005 |
Если подставить это значение коэффициента сопротивления в формулу Дарси-Вейсбаха, получим зависимость для ламинарного режима
то есть получим, что потери напора на трение по длине при ламинарном режиме течения пропорциональны скорости в первой степени (квадрат скорости в формуле Дарси-Вейсбаха для ламинарного течения получен искусственно умножением и делением 
).
В области ламинарного режима, благодаря большим силам вязкости, обтекание небольших гребешков шероховатости на стенках происходит плавно, без отрыва частиц жидкости; поэтому, при обычных значениях технической шероховатости, состояние стенок при ламинарном режиме не влияет на потери напора.
|
|
|
Все остальные области сопротивления находятся в зоне турбулентного режима и определяются диапазоном чисел Рейнольдса по мере его возрастания.
Вторая область – область гидравлически гладких труб.
Эту область определяют диапазоном чисел Рейнольдса
Поток в трубе при этом турбулентный, но у стенок трубы сохраняется очень тонкий слой жидкости, в котором сохраняется слоистый характер движения – ламинарный слой толщиной 
.
Толщина ламинарного слоя составляет десятые и сотые доли миллиметра и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса.
Если толщина ламинарного слоя больше высоты гребешков шероховатости (
), то гребешки затоплены в ламинарном слое и не влияют на сопротивление трения.
Трубы, в которых соблюдается соотношение , называют гидравлически гладкими и для них коэффициент сопротивления трения является функцией только числа Рейнольдса
Хорошее совпадение с опытом дает в этой области формула Блазиуса
Пользуясь этой формулой для , можно получить из формулы Дарси-Вейсбаха зависимость потерь напора на трение от средней скорости для области гидравлически-гладких труб
К числу гидравлически гладких труб можно обычно отнести цельнотянутые трубы из цветных металлов и из нержавеющей стали.
Третья область – переходная от области гидравлически гладких труб к области гидравлически шероховатых труб.
В этой области толщина ламинарного слоя примерно равна или немного меньше высоты гребешков шероховатости .
Последние при этом начинают выступать за пределы ламинарного слоя и, вызывая дополнительное вихреобразование в потоке, увеличивают потери на трение.
В этой переходной области коэффициент сопротивления является функцией числа Рейнольдса и относительной шероховатости стенок
Границу переходной области определяют диапазоном чисел Рейнольдса
Хорошее совпадение с опытом дает в этой области формула А.Д.Альтшуля
Четвертая область – область гидравлически шероховатых труб (или область квадратичного сопротивления).
Эту область определяют диапазоном чисел Рейнольдса
При больших значениях чисел 
толщина ламинарного слоя становится настолько малой (
), что гребешки шероховатости оказываются в турбулентном ядре потока.
|
|
|
Обтекание гребешков происходит с интенсивным вихреобразованием, при этом потери напора увеличиваются.
Влияние сил вязкости при этом становится очень малым и потери напора оказываются не зависящими от числа Рейнольдса.
Коэффициент сопротивления трения в этой области является функцией только относительной шероховатости
Потери напора не зависят от вязкости жидкости и точно пропорциональны квадрату средней скорости потока.
Значение коэффициента сопротивления трения в этой области могут вычисляться по формуле Шифринсона
Наряду с приведенными выше формулами для определения коэффициента сопротивления трения имеется ряд других зависимостей, которые имеют ограниченную область применения.
Приведенные выше формулы для определения коэффициента сопротивления трения справедливы только для стабилизированного потока жидкости, не изменяющегося по длине трубы.
Стабилизированный профиль скоростей устанавливается не сразу, а на некотором расстоянии от входа в трубу.
Длина начального участка течения, на которой устанавливается стабилизированный профиль скоростей турбулентного потока, лежит в пределах 
Потери напора в начальном участке больше, чем в стабилизированном потоке. Для ламинарного режима 
|
|
|
II. Проведение эксперимента и обработка результатов
VI. Обработка результатов измерений.
А.5 Обработка результатов анализа
Анализ полученных отчетов, итогового сценария и гистограмм
Анализ полученных результатов
АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
Б.5 Обработка результатов измерений
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
В. Обработка экспериментальных данных
В. Обработка экспериментальных данных
