Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Лабораторная работа выполняется на стенде ТМЖ-2В-09-12

Сложный трубопровод состоит из трех последовательно соединенных прозрачных труб из органического стекла с внутренними диаметрами d_I = 15 мм, d_II = 11 мм, d_III = 15 мм. Расстояния между точками отбора и схему подключения пьезометров см. рис. 1.

Для исследования влияния изменений геометрического напора конструкцией стенда предусмотрена возможность изменения угла наклона оси трубопровода к горизонту.

Переходы между участками трубопровода выполнены в виде конусов (конфузора и диффузора).

1. Полностью закрыть задвижки З1, З2, З4, З5, З6, З7, З8 и краны КР4, КР5, КР8, КР12. Краны КР6, КР7, КР9, КР14 полностью открыть.

2. Повернуть переключатель насоса НЗ в крайнее правое положение и включить питание переключением соответствующего тумблера на блоке управления.

3. Дождаться наполнения напорной секции накопительного бака, вплоть до возникновения перелива.

4. Откручивая рукоятку задвижки З6 установить уровень жидкости в пьезометре №12 (Н_П12) в соответствии с табл. 3.1.

5. Закрыть кран КР9. Измерить время Δt заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1. Записать значения в таблицу 3.1. Открыть кран КР9.

6. Записать в таблицу 3.1. показания пьезометров №13, 14, 15, 16, 17 (Н_П13,Н_П14, Н_П15, Н_П16, Н_П17).

7. Повторить действия, описанные в пунктах 4, 5 и 6 для всего интервала Н_П12 из табл. 3.1. Результаты замеров записать в табл. 3.1.

8. Изменяя угол наклона трубопровода ТЗ (контролируется по специальной линейке, размещенной на кронштейне трубопровода) при неизменной величине перекрытия задвижки З6 (рекомендуется перекрытие около 5 оборотов рукоятки задвижки), повторить измерения до пункта 8. Результаты записать в таблицу 3.2. Чтобы изменить угол наклона трубопровода ТЗ следует ослабить барашек винтового фиксатора, расположенный на тыльной стороне пластины кронштейна, придерживая поворотный механизм за металлическую прямоугольную трубу, к которой крепится прозрачный трубопровод.

9. Полностью закрыть задвижку З6.

10. Выключить питание насоса.

Обработка результатов опыта:

1. Рассчитать величину подачи насоса и записать значения в
таблицу 3.1.

2. Рассчитать потери статического напора по длине участков трубопровода ; ; .

3. Рассчитать местные потери пьезометрического напора:

а) В плавном сужении русла (конфузоре) ;

б) В плавном расширении (диффузоре)

4. Рассчитать средние скорости жидкости и критерии Рейнольдса для каждого участка по формулам:

, , ,

где S_I, S_II – площади сечений соответствующих участков трубопровода;

ν – кинематическая вязкость жидкости (для воды при нормальных условиях ν = 10^-6 м²/с = 12 мм²/с).

5. Определить коэффициенты Кориолиса, используя число Рейнольдса и данные в теоретической части лабораторной работы.

6. Рассчитать скоростные напоры на каждом участке трубопровода:

, , .

7. Рассчитать суммарные пьезометрические напоры для каждого участка:

Потребный пьезометрический напор сложного трубопровода:

8. Рассчитать потребные полные напоры участков и трубопровода в целом.

Полный напор сложного трубопровода с последовательным соединением:

9. Построить характеристики для участков трубопровода , , , общую характеристику сложного трубопровода с последовательным соединением участков в координатах подача - потребный напор

10. При одном фиксированном значении расхода через трубопровод (рекомендуется при максимальном) построить линии пьезометрического напора, дополнив его линиями скоростных напоров, и получить линию полного напора. Линию пьезометрических напоров следует строить по показаниям пьезометров. Линия полного напора получается при увеличении линии пьезометрического напора на величину скоростного напора.

Схематичный пример построения пьезометрической и напорной линий показан на рис. 5.

11. Сделать и записать выводы.

Рис. 5. Пьезометрическая и напорная линии.

Таблица 3.1

№

V, л.

Δt, сек.

Q, л/с.

Н_П12, мм.

Н_П13, мм.

Н_П14, мм.

Н_П15, мм.

Н_П16, мм.

Н_П17, мм.

υ_I, мм/с.

υ_II, мм/с.

υ_III, мм/с.

Re_I

Re_II

Re_III

Таблица 3.1 (продолжение)

№

Δh_I, мм.

Δh_II, мм.

Δh_III, мм.

Δh₁₃₁₄, мм.

Δh₁₅₁₆, мм.

Δh₉₁₀, мм.

, мм.

Таблица 3. 2

№	Угол наклона к горизонту ТЗ	V, л.	Δt, сек.	Q л/с.	Н_П12, мм.	Н_П13, мм.	Н_П14, мм.	Н_П15, мм.	Н_П16, мм.	Н_П17, мм.





	-1
	-3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Исследование характеристик трубопроводов при различных режимах течения

Цель работы:

Закрепление знаний по разделам "Ламинарное и турбулентное течение в круглых трубах", получение навыков экспериментального определения характеристик трубопровода.

Задание:

Определить из опыта коэффициент гидравлического трения λ при заданном расходе в имеющемся трубопроводе. Сравнить полученную величину λ с величиной, определенной по справочным данным.

Теоретические основы метода:

Потери напора h на участке трубопровода в общем случае определяются из уравнения Бернулли:

(4.1)

где Z₁ – геометрическая высота сечения 1-1;

Z₂ – геометрическая высота сечения 2-2;

– пьезометрический напор в сечении 1-1;

– пьезометрический напор в сечении 2-2;

υ₁ – средняя скорость потока в сечении 1-1;

υ₂ – средняя скорость потока в сечении 2-2;

α₁ – коэффициент Кориолиса в сечение 1-1;

α₂ – коэффициент Кориолиса в сечение 2-2;

Исследуемый участок трубопровода представляет собой отрезок прямой горизонтальной трубы постоянного диаметра, поэтому потери на трение являются единственным видом потерь напора на этом участке. Кроме того, Z₁ = Z₂ и υ₁ = υ₂, а значит и α₁ = α₂, поэтому из уравнения (4.1) следует, что потери на трение на исследуемом участке:

(4.2)

Потери напора на трение в общем случае определяются по формуле Дарси:

(4.3)

Коэффициент λ называют коэффициентом гидравлического трения. Исследования показали, что для ламинарных потоков в трубах:

(4.4)

где А – константа, зависящая от формы сечения трубопровода. Для круглой трубы А = 64, а число Рейнольдса определяется по формуле:

(4.5)

При турбулентных режимах λ зависит от конфигурации потока или, как говорят, от пограничной геометрии, а также от числа Рейнольдса:

(4.6)

По результатам экспериментов коэффициент λ можно определить с помощью формулы (4.3), если измерить среднюю скорость υ и потери напора h_тр.

Теоретические исследования показали, что согласно (4.6) следует искать эмпирическую зависимость λ от числа Re икакого-либо безразмерного параметра, определяющего геометрическое подобия потоков. Для гладких круглых труб такого параметра не требуется, поскольку все круглые трубы геометрически подобны и для них экспериментальные точки на графике λ=λ(Re) должны образовать единую кривую. Однако шероховатые трубы не являются геометрически подобными, поскольку требование геометрического подобия должно распространяться не только на форму поперечного сечения, но и на форму выступов неровностей стенок. Но тогда при строгом подходе практически невозможно найти две геометрически подобные трубы с естественной шероховатостью. В связи с этим в качестве приближенного допущения принимают, что шероховатые трубы будут геометрически подобными, если отношение средней высоты выступов шероховатости Δ к радиусу r_o или диаметру d будет одинаковым. Тогда опытные данные следует обрабатывать в виде кривых:

(4.7)

Отношение Δ/d (или Δ/r₀) называют относительной шероховатостью, а обратную величину d/Δ – относительно гладкостью.

Н. Никурадзе (1933 г.) впервые обработал свои многочисленные опытные результаты указанным способом и построил универсальный график зависимости (4.7) приведенный на рисунке 6. Шероховатость в опытах Никурадзе создавалась искусственно путем наклеивания калиброванных песчинок на внутреннюю поверхность трубы. Такая шероховатость получалась равнозернистой, чем существенно отличалась от естественной шероховатости труб, образующейся в результате коррозии, отложений и т.п.

Рассмотрим подробно график Никурадзе:

1 - зона ламинарного режима, изображенная прямой. Здесь точки, относящиеся к опытам с разной шероховатостью, ложатся на одну прямую, уравнением которой является зависимость:

(4.8)

Рис. 6. Зависимость lg(1000

) от Re для труб с искусственной шерховатостью, построенная Н. Никурадзе.

Границей служит значение абсциссы lg(2300) = lg(Re_кр).

Таким образом, данная закономерность имеет место при Re ≤ Re_кр, т.е. при ламинарном режиме движения.

В диапазоне чисел Re = 2300¸4000 осуществляется переход от ламинарного течения к турбулентному. В потоке наблюдается неустойчивость, порождаемая периодическим возникновением очагов турбулентности и их исчезновением.

2 - зона гладкостенного течения, образуемая опытными точками, расположенными вдоль другой прямой. Здесь λ также не зависит от шероховатости:

(4.9)

Границей зоны ориентировочно могут служить значения:

(4.10)

Строение потока в пределах гладкостенной зоны можно представить в виде: турбулентного ядра потока и вязкого подслоя вблизи стенки, движения в котором преимущественно ламинарное. Толщина подслоя δ_л достаточна, чтобы покрыть все неровности стенки, благодаря чему движение турбулентного ядра потока происходит как бы в гладкой трубе. Трубы, работающие в таком режиме, называют гидравлически гладкими.

3 - доквадратичная зона сопротивления, которая ограничивается линией гладкостенного режима и штриховой линией К-К, образованной точками, отделяющими горизонтальные участки кривых. В зоне 3 каждая кривая отвечает определенному значению относительной гладкости. Здесь λ зависит от числа Rе и относительной гладкости трубы d/Δ:

(4.11)

Границами зоны приближенно служат значения:

<Re

(4.12)

4 - зона квадратичного сопротивления, образуемая горизонтальными участками кривых. В этой зоне коэффициент λ не зависит от Rе,т.е.:

(4.13)

Эта зона имеет место при:

Re>

(4.14)

Толщина вязкого подслоя здесь весьма мала, и выступы шероховатости полностью взаимодействуют с турбулентным ядром потока.

График Никурадзе дает общее представление о характере зависимости для труб с искусственной зернистой шероховатостью Δ.

В таблице 4.1 даны удобные для практического использования расчетные формулы коэффициента λ во всех зонах сопротивления.

Таблица 4.1.

Зона сопротивления	Режим течения	Границы зоны	Расчетные формулы
	Ламинарный	Re<2320
	Турбулентный гладкостенный		(Re<10⁵)	Для всех турбулентных режимов
	Турбулентный доквадратичный
	Турбулентный квадратичный

Проведение опыта:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: