гидравлика методичка

сопряжения, диаметров магистрали и ответвления, соотношения расходов жидкости в ответвлениях, а также от направления течения.

Вопрос о значениях коэффициентов местного сопротивления в тройниках с теоретической точки зрения изучен еще недостаточно.

7.2.5 Взаимное влияние местных сопротивлений

Приводимые в справочниках данные о значениях коэффициентов местного сопротивления относятся к случаю, когда течение происходит с установившимся полем скоростей. На практике местные сопротивления располагаются подчас настолько близко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться. Это вызвано тем, что вихреобразование от предыдущего местного сопротивления сказывается на значительном расстоянии по течению, большем, нежели расстояние до следующего местного сопротивления. То расстояние после местного сопротивления, в пределах которого устанавливается нормальная эпюра распределения скоростей и прекращается влияние местного сопротивления на поток, называют длиной влияния местного сопротивления.

Во многих случаях совокупные потери напора в трубопроводе вычисляются путем простого сложения потерь напора в отдельных местных сопротивлениях, как если бы каждое местного сопротивление существовало самостоятельно и независимо от других местных сопротивлений. Этот метод простого суммирования (наложения потерь или суперпозиция) дает правильные результаты лишь в том случае, если сопротивления расположены на расстояниях, превышающих длину влияния. В противном случае возмущающие влияния одних местных сопротивлений сказываются на других. Так, например, поворот трубы на 30˚ вызывает

81

сопротивление с коэффициентом ζ=0,11, поворот по углом 60˚ дает ζ=0,47, а соединение обоих поворотов последовательно вызывает сопротивление с ζ=0,40.

При больших числах Рейнольдса для оценки длины влияния пользуются соотношением lвл=(30-40)d. (7.17) В действительности длина влияния зависит как от геометрии местного сопротивления, так и от числа Рейнольдса (возрастает с его увеличением), а также от шероховатости трубопровода.

Исследования показывают, что длина влияния местного сопротивления во всей области турбулентного течения может быть с хорошим приближением вычислена по формуле(7.18):

82

быть как больше, так и меньше суммы соответствующих отдельных сопротивлений.

Для примера на рисунке 7.14 показано изменение коэффициента сопротивления двух незакругленных поворотов под углом 45˚ в зависимости от длины вставки между ними.

7.3 Схема установки

Установка для проведения замеров (рисунок 7.15) представляет собой два вентилятора (9, 10), соединенных последовательно и питающих воздушным потоком трубопровод сложной конструкции. Трубопровод имеет на каждом участке шайбы статического давления (1-6), а на конце приемник полного давления (7) – трубку Пито. Трубы диаметром 50 мм состоят из последовательно соединенных трех прямоугольных колен(1-2, 2-3, 3-4), а также внезапного расширения (4-5) и внезапного сужения (5-6). Для замеров статического и полного давлений применяется микроманометр с наклонной трубкой ММН-1

(8).

Рисунок 7.15 - Схема лабораторной установки

7.4 Методика проведения эксперимента

Перед началом эксперимента замерить значения температуры в лаборатории, давления и влажности. Данные показания служат входными величинами для использования номограмм (рисунок 7.16 и рисунок 7.17).

83

В начале эксперимента присоединяем резиновые трубки микроманометра к точке забора полного давления

(7) и шайбе статического давления (6). Замеряем показания микроманометра (lм).

Затем последовательно присоединяем резиновые трубки микроманометра к точкам забора статического давления и измеряем lм с записью в протокол измерений

(рисунок 7.17).

7.5 Обработка результатов

Для обработки результатов лабораторной работы 7 следует:

1)Перенести из таблицы 6.1 значения площадей сечений и скоростей в таблицу 7.6.

2)Определить опытные значения местных потерь hМ (hВС, hР) из графика (рисунок 6.2).

3)Найти расчётные значения местных потерь, сравнить из с опытными и объяснить их расхождения.

Для обработки результатов опытов с системой воздуховода выполнить следующее:

1)По номограммам (рисунок 5.4 и рисунок 5.5) определить плотность и коэффициент кинематической вязкости воздуха.

2)По известному значению коэффициента манометра (kм) и снятым показаниям lм высчитать скорость потока V

искоростной напор q. по формулам (7.19 и 7.20):

84

Таблица 7.6 – Таблица результатов опытов

рассчитывается по формуле (7.2).

При расчете коэффициента местного сопротивления внезапного расширения (участок 5-4) скоростной напор рассчитывается по формуле:

85

где q – скоростной напор, рассчитанный для точек 7-6. Таблицы измеряемых и расчетных величин

рекомендуется совместить в одну (таблица 7.7). Во время опытов заполняются столбцы значений lм, а затем рассчитываются скорости v, скоростной напор q, разность давлений p и коэффициент местного сопротивления ζ

Таблица 7.7 – Протокол измерений и расчетных величин

7.6 Анализ полученных результатов и вывод

Ванализе сравнить полученные значения коэффициентов местного сопротивления участков со справочными данными. Сделать заключение о повороте 3- 4 по его положению в системе воздухопровода. Сравнить общее сопротивление данного трубопровода расчетное и экспериментальное, объяснить некоторые различия.

Ввыводах сделать заключения о взаимном влиянии фасонных частей трубопровода и расположении их на основе учета длин влияния.

86

7.7 Контрольные вопросы

1)Основные виды местных потерь напора.

2)Оценка величины потерь напора формулой Вейсбаха.

3)Понятие о коэффициенте местного сопротивления, его физический смысл.

4)Группы потерь полного напора на местных сопротивлениях.

5)Расчет коэффициентов местного сопротивления для внезапного сужения, внезапного расширения, поворота потока, различной запорной арматуры.

6)Понятие о длине влияния местных сопротивлений.

87

Лабораторная работа № 8

Определение потерь напора по длине

8.1 Цель и задача лабораторной работы

Цель – освоение экспериментального и расчётного методов определения потерь напора на трение по длине трубопровода.

Задача – снять показания пьезометров при истечении жидкости;

–построить пьезометрическую линию;

–вычислить число Рейнольдса, опытное и расчётное значения потерь напора;

–объяснить расхождение опытного и расчётного значений потерь напора.

Результат работы представляется в виде таблиц расчетных величин.

8.2 Основные теоретические положения

Потери напора по длине вызваны тормозящим действием стенок, приводящим к вязкому трению частиц и струек жидкости друг о друга вдоль трубопровода. Определяются эти потери по формуле:

hд = λ l V 2 , d 2g

где λ – коэффициент гидравлического трения;

l, d – соответственно длина и внутренний диаметр канала:

V – средняя скорость;

g – ускорение свободного падения.

В опытах потери напора по длине определяются разностью показаний пьезометров, установленных на концах опытного канала, так как скорость и скоростной напор не меняется по пути (сечение канала постоянно).

88

8.3 Методика проведения эксперимента

Для проведения лабораторной работы используется устройство №4.

1)При заполненном водой баке 1 поставить устройство №4 на стол баком 2 (рисунок 6.1).

2)Снять показания пьезометров I-V, измерить время t изменения уровня в баке на произвольную заданную величину S и температуру Т в помещении.

8.4 Обработка результатов

1)Построить по показаниям пьезометров пьезометрическую линию. На этой линии выделить участок с постоянным уклоном (обычно участок III-V), соответствующий равномерному течению. Определить его длину l и опытное значение потерь hд по показаниям крайних пьезометров на нём (рисунок 6.1).

2)Найти число Рейнольдса и расчётное значение потерь напора h*д по порядку, указанному в таблице 8.1, и относительное расхождение опытного и расчётного значений потерь.

Таблица 8.1 – Определение потерь напора по длине

Продолжение таблицы 8.1

89

S=…. см; t=…. с; Q=ADS/t=…. см3/с V=Q/ω=…. см/с.

Примечание: абсолютную шероховатость стенок канала принять равной =0,001 мм..

8.5Контрольные вопросы

1)Причины потерь напора по длине трубопровода.

2)Зависимость потерь по длине от числа Рейнольдса.

3)Зависимость потерь по длине от шероховатости стенок труб.

4)Способы уменьшения потерь по длине.

Список литературы

1.Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. - М.: Стройиздат, 1975. - 328 с.

2.Киселев П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости. - М.: Энергия, 1980. - 360 с.

90