- •Бийский технологический институт (филиал)
- •Лабораторный практикум по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1.
- •1.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •1.5 Описание установки
- •1.6 Методика проведения работы
- •1.7 Обработка опытных данных
- •1.8 Контрольные вопросы
- •1.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 2.
- •2.3 Теоретические сведения
- •2.3.1 Режимы движения реальной жидкости
- •2.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •2.5 Описание установки
- •2.6 Методика проведения опытов
- •2.7 Обработка опытных данных
- •2.8 Контрольные вопросы
- •2.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 3.
- •3.4 Описание установки
- •3.5 Методика проведения опытов
- •3.6 Обработка опытных данных
- •3.7 Контрольные вопросы
- •3.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 4.
- •4.4 Описание установки
- •4.5 Методика проведения опытов
- •5, 6, 7, 8 – Вентили; 9 – счетчик объема жидкости;
- •4.6 Обработка опытных данных
- •4.7 Контрольные вопросы
- •4.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 5. Истечение жидкости из резервуара через отверстия и насадки (4 часа)
- •5.1 Цель работы:
- •5.2 Подготовка к лабораторной работе:
- •5.3 Теоретические сведения
- •5.4 Описание установки
- •5.5 Методика проведения опытов
- •5.6 Обработка опытных данных
- •5.7 Контрольные вопросы
- •5.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 6.
- •6.4 Описание установки
- •6.5 Методика проведения опытов
- •6.6 Обработка опытных данных
- •6.7 Контрольные вопросы
- •6.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 7.
- •7.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •7.5 Описание установки
- •7.6 Методика проведения опытов
- •7.7 Обработка опытных данных
- •7.8 Контрольные вопросы
- •7.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 8.
- •8.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •8.5 Описание установки
- •8.6 Методика проведения опытов
- •8.7 Обработка опытных данных
- •8.8 Контрольные вопросы
- •8.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 9.
- •9.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •9.5 Описание установки
- •9.6 Методика проведения опытов
- •9.7 Обработка опытных данных
- •9.8 Контрольные вопросы
- •9.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 10.
- •10.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •10.6 Методика проведения опытов
- •10.7 Обработка опытных данных
- •10.8 Контрольные вопросы
- •10.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 11.
- •11.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •11.5 Описание установки
- •11.6 Методика проведения опытов
- •11.7 Обработка опытных данных
- •11.8 Контрольные вопросы
- •11.9 Тестовые задания
- •Литература
- •Лабораторный практикум по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
Лабораторная работа № 4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ НА ТРЕНИЕ (4 ЧАСА)
4.1 Цель работы:
– иллюстрация уравнения Бернулли и демонстрация пьезометрической линии;
– определение численных значений коэффициентов гидравлических потерь на трение;
– определение характера зависимости гидравлических потерь на трение и коэффициента потерь от числа Рейнольдса, средней скорости и расхода потока.
4.2 Подготовка к лабораторной работе:
– изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии;
– выучить определения основных понятий и терминов темы.
Основные термины и понятия:
– автомодельный режим движения;
– внутренняя задача гидродинамики;
– вязкость;
– гидродинамический напор;
– гладкое течение;
– зона стабилизации;
– коэффициент гидравлических сопротивлений;
– «потерянный напор».
4.3 Теоретические сведения
Гидравлические потери на трение – потери при движении жидкости в прямых каналах, трубах (рисунок 4.1), поперечное сечение которых постоянно по форме и площади. Потери на трение обусловлены вязкостным трением слоев жидкости, движущихся внутри потока с разной скоростью, а также трением о внутреннюю поверхность трубы слоев жидкости, движущихся в непосредственной близости от нее. Однако величина потерь на трение определяется не только вязкостью жидкости, но и зависит от скорости ее движения, от площади внутренней поверхности канала и ее шероховатости. Площадь поверхности канала, как известно, зависит от его длины и формы поперечного сечения.
Рисунок 4.1 – К определению гидравлических потерь на трение
В расчетах величина потерь на трение подсчитывается по формуле Вейсбаха–Дарси:
(4.1)
где λ – коэффициент гидравлических потерь на трение (по длине);
l – длина прямого участка трубы, м;
dэ – эквивалентный диаметр канала, м.
Коэффициент гидравлических потерь λ является мерой отношения скоростного напора и величины потерь на трение на участке
длиной, равной эквивалентному диаметру канала (см. рисунок 4.1), то есть когда l = dэ. При ламинарном режиме движения коэффициент λ зависит только от числа Рейнольдса:
, (4.2)
а величина потерь на трение для круглой трубы может быть подсчитана как по формуле (4.1) Вейсбаха–Дарси, так и по формуле Пуазейля:
(4.3)
где ν – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с;
Q – расход жидкости, м3/с;
d – внутренний диаметр трубы, м.
При турбулентном режиме движения коэффициент λ зависит как от числа Рейнольдса, так и от относительной шероховатости поверхности стенок канала. При этом, как показано в опытах И.И. Никурадзе, при турбулентном режиме существует три области гидравлического трения:
– область гидравлически гладких труб, где λ = f(Re);
– область доквадратичного сопротивления, где λ = f(Re, Δ/d);
– область квадратичного сопротивления (турбулентной автомодельности), где λ = f(Δ/d).
М
Рисунок
4.2 – Схема гидравлического трения
при турбулентном режиме движения
жидкости
В области гидравлически гладких труб δ > Δ. Поэтому вязкий подслой покрывает выступы шероховатости, и турбулентное ядро потока не взаимодействует с шероховатостью.
В области доквадратичного сопротивления (δ ≈ Δ) происходит постепенное «раскрывание» шероховатости турбулентным ядром. Здесь имеет место общий случай зависимости λ = f(Re, Δ/d).
И, наконец, в области квадратичного сопротивления, когда выступы полностью «раскрыты», значение λ зависит только от размеров шероховатости.
На практике при расчете технических труб границы областей гидравлического трения определяют в зависимости от предельных чисел Рейнольдса:
(4.4)
(4.5)
где относительная эквивалентная шероховатость;
–эквивалентная шероховатость, характеризующая среднюю высоту выступов технических труб.
Если Reкр < Re < ReпрI, имеем область гидравлически гладких труб. Для расчета коэффициента гидравлического трения рекомендуется формула Блазиуса:
. (4.6)
Если ReпрI < Re <ReпрII, имеем область доквадратичного сопротивления. Для расчета коэффициента λ рекомендуется формула Альтшуля:
(4.7)
Если Re > ReпрII, имеем область квадратичного сопротивления. Рекомендуется формула Шифринсона:
(4.8)
Для всех областей и режимов движения жидкости в трубах с естественной шероховатостью коэффициент гидравлического трения можно определить с помощью графика КольбрукаМурина.
При установившемся движении жидкости в горизонтальных каналах с постоянным по форме и размерам поперечным сечением средняя скорость потока и, следовательно, скоростной напор одинаковы во всех сечениях. Поэтому уравнение Бернулли (3.3) принимает вид:
откуда
(4.9)
Таким образом, гидравлические потери на трение можно измерить непосредственно (см. рисунок 4.1) как разность Δh высот уровней h1 и h2 жидкости в пьезометрах, установленных в начале и в конце рассматриваемого участка длиной l, то есть
. (4.10)