 |
Описание установки и выполнения работы
|
|
|
|
2.1 Установка (рисунок 3.3) представляет собой трубопровод 2 переменного сечения с напорным баком 1, вода в который подается по питающему трубопроводу 8 открытием вентиля. Бак 1 снабжен переливным устройством 9 для поддержания уровня воды на постоянной отметке, чтобы обеспечить в трубопроводе 2 установившееся движение жидкости. К сечениям I-I…II-II трубопровода 2 подключены пьезометры 3 и скоростные трубки 4 для измерения величин p/rg и U2/2g. Величина расхода воды в трубопроводе 2 регулируется вентилем 6. Для измерения расхода воды имеются мерный бак 7 и секундомер 5.
 |
Рисунок 3.3 ─ Схема установки
2.2 Порядок выполнения работы и обработки опытных данных
1. При закрытом вентиле 6 открыть вентиль для заполнения бака 1 и трубопровода 2 водой. При этом следует обратить внимание на уровни воды в пьезометрических 3 и скоростных трубках 4. Эти уровни при отсутствии воздуха в системе должны быть на одной отметке.
2. Открыть вентиль 6 так, чтобы трубопровод 2 работал полным сечением, а уровень воды в баке 1 постоянным.
3. Измерить с помощью бака 7 и секундомера 5 расход воды. Затем линейкой измерить геометрические высоты z центров тяжести сечений I-I…II-II относительно плоскости сравнения 0–0, отмеченной на установке.
4. Далее, определить по шкалам отметки уровней воды в пьезометрах и скоростных трубках в сечениях I-I…II-II. Результаты всех измерений записать в таблицу. Затем выполнить все вычисления, записать их в таблицу 3.2, и построить в масштабе по полученным данным линии полного напора и пьезометрическую линию, как показано на рисунке 3.1.
5. Дать заключение по результатам работы.
Таблица 3.1 ─ Результаты измерений
| № поз. | Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин | Единицы измерений | Номер опыта | |||||||
| Номер сечения | ||||||||||
| I-I | II-II | I-I | II-II | I-I | II-II | I-I | II-II | |||
Геометрические высоты центров тяжести сечений 
| м | |||||||||
Отметка уровня воды в пьезометре, т.е. гидростатические напоры 
| м | |||||||||
Отметка уровня воды в скоростной трубке, т.е. полные напоры 
| м | |||||||||
| Объем воды в мерном баке W | м3 | |||||||||
| Продолжительность наполнения мерного бака t | с |
Таблица 3.2 - Результаты расчета
|
|
|
| № поз. | Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин | Единицы измерений | Номер опыта | |||||||
| Номер сечения | ||||||||||
| I-I | II-II | I-I | II-II | I-I | II-II | I-I | II-II | |||
Пьезометрический напор 
| м | |||||||||
Скоростной напор 
| м | |||||||||
Потери полного напора между соседними живыми сечениями струйками 
| м | |||||||||
Средняя скорость движения воды 
| м/с | |||||||||
Скоростной напор, отвечающий средней скорости 
| м | |||||||||
Разность скоростных напоров
| м |
3 Основные контрольные вопросы
1. Поясните геометрический смысл слагаемых уравнения Д. Бернулли.
2. Поясните энергетический смысл слагаемых уравнения Д. Бернулли.
3. Как называется коэффициент a, входящий в уравнение Д. Бернулли для потока реальной жидкости, что он учитывает и от чего зависит его величина?
4. Объясните, чем обусловлены потери полного напора, и каков их энергетический смысл?
|
|
|
5. Поясните, что понимают под термином "удельная энергия"?
6. Объясните термины "местная скорость" и "средняя скорость" и укажите, как определяют эти скорости?
7. Поясните, что такое скоростная трубка и трубка Пито?
8. Поясните, что такое линия полного напора и пьезометрическая линия, что будут представлять собой эти линии при равномерном движении реальной жидкости?
9. Что понимают под термином «живое сечение потока жидкости»?
Лабораторная работа № 4
Изучение гидравлических сопротивлений и определение потерь
Напора при установившемся движении жидкости
В напорном трубопроводе
Цель работы: Определение коэффициента гидравлических сопротивлений и потерь напора при установившемся движении жидкости в напорном трубопроводе.
Общие сведения
При движении жидкости часть полного напора (энергии) затрачивается на преодоление работы вязкостных и инерционных сил, т.е. возникают потери напора.
При равномерном движении жидкости гидравлическое сопротивление, проявляющееся равномерно по всей длине потока, называют сопротивлением по длине, а вызываемые им потери напора ─ потерями напора по длине 
.
Эти потери в круглых трубопроводах, работающих полным сечением, вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха:
(4.1)
где 
─ безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом гидравлического трения (коэффициентом Дарси); 
– средняя скорость движения потока жидкости; 
– длина и внутренний диаметр трубопровода.
Величина коэффициента характеризует гидравлическое сопротивление трубопровода и зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости 
трубопровода, т.е. 
.
Другой вид гидравлических сопротивлений, возникающих в местах резкого изменения конфигурации потока, называют местными сопротивлениями, а вызываемые ими потери напора, ─ местными потерями напора (hм).
При прохождении через любое местное сопротивление поток жидкости деформируется (рисунок 4.1), вследствие чего движение становится неравномерным, для которого характерны:
- значительное искривления линий потока;
- отрывы транзитной струи от стенок трубопровода (ввиду действия закона инерции) и возникновения в местах отрыва устойчивых водоворотов;
|
|
|
- повышенная (по сравнению с равномерным движением) пульсация скоростей и давлений;
- изменение формы (переформирование) эпюр скоростей.
Местные потери напора при гидравлических расчетах вычисляют по формуле Вейсбаха
, (4.2)
где 
─ безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом местного сопротивления;
─ средняя скорость потока в сечении за местным сопротивлением, т.е. ниже по течению (если скорость 
, как исключение, принимается перед местным сопротивлением, это обязательно оговаривается).
Величину коэффициента гидравлического сопротивления l при гидравлических экспериментах вычисляют по опытным данным и формуле (4.1), при гидравлических расчетах – по эмпирическим и полуэмпирическим формулам (2.6-2.9, лабораторная работа № 2).
Рисунок 4.1 ─ Схемы движения жидкости при резком изменении сечения трубопровода:
а) резкое расширение трубопровода; б) резкое сужение трубопровода
Область гидравлического сопротивления при расчетах определяют непосредственно по графикам , полученным опытным путем для труб из различных материалов и приведенным в справочной литературе, например, по графику Никурадзе (рисунок 4.2), или же с помощью соотношений 
и 
, предложенных А. Д. Альтшулем на основе использования упомянутых графиков.
Величина коэффициента 
зависит в общем случае от числа Рейнольдса 
и от конфигурации, т.е. формы проточной части местного сопротивления. В частном случае, когда трубопровод, на котором расположено местное сопротивление, работает в области квадратичного сопротивления, величина коэффициента от не зависит.
Величину для каждого вида местного сопротивления определяют по данным гидравлических экспериментов, пользуясь формулой (4.2). Полученные таким образом значения коэффициентов 
для различных видов местных сопротивлений (обычно при квадратичной области сопротивления), приводятся в справочной и специальной литературе, и используются при гидравлических расчётах.
|
|
|
Рисунок 4.2 - Зависимость коэффициента гидравлического трения l
от числа Рейнольдса Re
Исключением является резкое расширение и резкое сужение трубопровода (4.3), для которых численные значения определяются по формулам, полученным теоретически. Так, при резком расширении трубопровода, когда средняя скорость в формуле (4.2) взята перед местным сопротивлением, т.е. 
, коэффициент сопротивления определяется по формуле
, (4.3)
если скорость берется за местным сопротивлением, т.е. 
, то по формуле
(4.4)
Коэффициент сопротивления при резком сужении трубопровода (
) принято относить к скорости после сужения. При этом он равен
, (4.5)
где 
─ коэффициент сжатия струи.
|
|
|
