 |
Исследование гидравлических сопротивлений
|
|
|
|
Цель работы: повышение уровня знаний о гидравлических сопротивлениях при движении жидкости по трубам, приобретение навыков их самостоятельного определения.
Задачи работы:
1. Закрепить сведения о видах гидравлических сопротивлений и способах их определения.
2. Измерить сопротивление трения движению жидкости по трубе.
3. Измерить местное сопротивление в трубе.
4. Проанализировать причины различий экспериментальных и расчетных данных.
Теоретические основы
Существует два вида потерь гидравлического напора при движении жидкости: потери на трение при движении по прямым участкам трубопроводов и потери на вихреобразование при каждом изменении конфигурации проходного сечения. Первые из них называют потерями на трение (D Рт), а вторые – потерями на местных сопротивлениях (D Рм), т.е.
D Р = D Рт + D Рм. (12.1)
Потери на местных сопротивлениях определяются формулой Вейсбаха, как часть динамического напора потока (н/м2) перед сопротивлением:
(12.2)
где r – плотность жидкости, кг/м3;
– скорость движения жидкости по трубопроводу перед местным сопротивлением, м/с;
x – коэффициент местного сопротивления.
Коэффициент местного сопротивления (x) зависит от критерия Рейнольдса (Re) и от конфигурации проходного сечения в устройстве, являющегося местным сопротивлением:
(12.3)
где d – диаметр трубы (м) или другой характерный размер устройства;
n – кинематическая вязкость жидкости, м2/c.
| n,см2/с |
| t,oC |
| Рис. 12.1. Кинематическая вязкостьводы в зависимости от температуры |
| 0,020 | ||||||||||
| 0,015 | ||||||||||
| 0,010 | ||||||||||
| 0,050 | ||||||||||
|
|
|
Кинематическая вязкость жидкости зависит от температуры, и зависимость вязкости от температуры представлена на графике рис. 12.1. Зависимость коэффициента местного сопротивления от критерия Рейнольдса имеет место лишь при малых скоростях потока, соответствующих значениям критерия Рейнольдса Re<500. При практике местные сопротивления обычно работают при более высоких значениях критерия Рейнольдса.
В этой области коэффициенты сопротивления остаются постоянными. Поэтому данная область (область Re > 500) называется областью автомодельности по критерию Re.
В ней местные сопротивления зависят только от конфигурации проходного сечения устройства, определяющего это сопротивление. Это позволяет составить справочные таблицы по гидравлическим сопротивлениям основных используемых в технике устройств.
Потери гидравлического напора, связанные с распределенными по длине трубопровода потерями на трение, рассчитывают по формуле Дарси-Вейсбаха, также как часть гидродинамического напора движущегося потока:
(12.4)
где l– коэффициент гидравлического сопротивления трения;
λ, d – длина и диаметр трубопровода;
a– коэффициент Кориолиса. При Re < 2320 берется a»2.
Коэффициент гидравлического сопротивления определяется двумя факторами – значением числа Рейнольдса и шероховатостью поверхности трубопровода. В связи с изменением характера течения при изменении критерия Рейнольдса изменяются также и зависимости для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления. Каждая из расчетных зависимостей применима лишь в соответствующей области значения критерия Рейнольдса. На практике пользуются несколькими записями расчетных формул, наиболее распространенные из которых сведены в табл. 12.1.
|
|
|
Используемые в расчетах величины шероховатости труб, изготовленных из различных материалов, представлены в табл. 12.2.
|
|
|
