urenkov-4

p1 и p2 - давление в сечениях 1 и 2, Па;

ρ- плотность жидкости, кг/м3;

α1 и α2 - коэффициенты Кориолиса в сечениях 1 и 2;

hтр и hмс - потери удельной энергии на трение и местных сопротивлениях, Дж/Н (м), то в случае, когда z1 = z2 , υ1 = υ2 и hмс =0, оно принимает вид

Потери на трение определяют по формуле Дарси-Вейсбаха и, следовательно, для данного случая

Скорость υ определяют, используя известное уравнение динамики жидкости для установившегося течения (уравнение неразрывности)

где Q - объемный расход, м2/с,

υ - средняя скорость потока в трубе, м/с,

S - площадь поперечного сечения трубы, м2.

Объемный расход в данной работе определяется по эмпирической формуле для

где hр следует подставлять в формулу в мм вод.ст.

Коэффициент c нужно взять из лабораторной работы №3 по гидравлике [5], в которой проводилась тарировка расходомерного сужающего устройства – диафрагмы, используемого в данной лабораторной работе.

3.Схема опытной установки и порядок выполнения работы.

3.1.Схема опытной установки.

Схема опытной установки представлена на рисунке 4. Опытная установка является элементом комплексного, гидравлического стенда, устройство которого показано на информационном листе, которым этот стенд снабжен. По трубопроводу известного диаметра α =22 мм с мерным участком длиной l =1540 мм пропускается вода из напорного бака. Давления в сечениях 1 и 2 мерного участка регистрируются пьезометрами 1 и 2. При проведении опыта измеряется разность этих давлений pтр в мм вод.ст.

Рисунок 4 – Схема опытной установки для определения коэффициента гидравлического трения λ .

Расход воды через трубу измеряется с помощью диафрагмы 4 по разности давлений, показываемых пьезометрами 5 и 6. Вода, поступающая в трубопровод из напорного бака, имеет постоянный уровень, подтверждаемый с помощью переливной трубы при работающем циркулярном насосе.

3.2.Порядок выполнения работы.

1.Ознакомиться с устройством комплексного гидравлического стенда.

2.Включить насос, нажав на кнопку пускателя и наполнить верхний бак водой. Признаком заполнения бака является прекращение подъема воды в пьезометрических трубках на пьезометрическом щите стенда или по появлению воды, вытекающей из переливной трубы в нижний бак стенда. При выполнении работы насос не выключается.

3. Открыть полностью регулирующий вентиль 7 и записать в протокол разность давлений, измеряемых пьезометрами на диафрагме hр и разность давлений в контрольных сечениях 1 и 2 трубопровода pтр .

4. Повторить результаты измерений hр и pтр при частично прикрытом вентиле 3 для значений hр при равномерном шаге изменения этого параметра, минимальное значение hр не должно быть меньше 18-23 мм.

5.Измерения величин hр и pтр делать с помощью линейки с точностью 1 мм.

6.Результаты измерений занести в протокол испытаний (таблица 2)

Таблица 2 – Протокол испытаний по определению коэффициента гидравлического

трения λ

pтр , мм вод.ст.

t, fС

7. Закрыть регулирующий вентиль. Выключить насос.

4.Обработка экспериментальных данных

1.Обработку опытных данных вести в табличной форме, заполняя таблицу 3, используя СИ.

2.Объемный расход воды через трубопровод определять по эмпирической формуле

Q= chp , л/с

3.Среднюю скорость воды в контрольных сечениях вычислить, используя уравнение неразрывности

4Q

υ = πd 2 , м/с

4. Экспериментальное значение λon определить по формуле Дарси-Вейсбаха

В формулу значения pтр из таблицы 2 подставлять в Па, помня, что 1 мм вод. Ст. равен 9,8 Па.

5. Вычислить число Рейнольдса по формуле

υd

Re = ν ,

взяв значения коэффициента кинематической вязкости воды ν из таблицы Приложения А.

6. Найти величину эквивалентной шероховатости по значению λon для первого опыта и проставить в таблице это значение для всех опытов.

7.Подсчитать граничные значения чисел Рейнольдса, используя информацию таблицы 1, а определить режим движения (область сопротивления) по найденному числу Re.

8.Вычислить расчетное значение λ по соответствующим формулам таблицы 1, определив предварительно по числу Рейнольдса область сопротивления, где эта формула записана.

9.Определить толщину вязкого подслоя по формуле

δ = 30α λon

Re

Таблица 3 – Результаты расчетов коэффициентов гидравлического трения λ

После заполнения таблицы сравнить экспериментальные и расчетные значения λon и

λp и толщину вязкого подслоя δ с величиной эквивалентной шероховатости э. Сделать

выводы.

5.Вопросы для самоподготовки

1.Как определяют форму течения жидкости, какой критерий при этом используется?

2.Что является причиной появления потерь удельной энергии жидкости на трение?

3.Записать формулу Дарси-Вейсбаха, пояснив значение величин, входящих в неё.

4.Сколько областей сопротивления существует, как определяются их границы?

5.Назвать области сопротивления при турбулентном режиме и указать на степень влияния числа Рейнольдса и шероховатости стенок на величину сопротивления при течении жидкости в этих областях.

6.Что такое искусственная и естественная шероховатости?

7.Как опытным путем измеряют потери по длине горизонтального трубопровода постоянного сечения?

8.Какие приборы используются в лабораторной работе для измерения давлений?

9.Как измеряют расход жидкости через трубопровод?

10.Как определяют среднюю скорость течения жидкости в трубопроводе?

6.Контрольные вопросы

1.Для чего при расчете потерь определяется число Рейнольдса?

2.Чему равна скорость движения жидкости на стенках трубопровода?

3.По какой формуле определяют потери на трение при движении жидкости в трубах?

4.Сколько областей сопротивления различают при течении жидкости в трубах?

5.От каких величин зависит коэффициент гидравлического трения в общем случае?

6.От каких величин зависит коэффициент гидравлического трения при ламинарном режиме течения?

7.По какой формуле определяют коэффициент гидравлического трения при ламинарном движении жидкости в трубах?

8.Сколько областей сопротивления выделяют при турбулентном режиме течения жидкостей в трубах?

9.От каких величин зависит коэффициент гидравлического трения λ при турбулентном режиме течения жидкости в области сопротивления для «гидравлически гладких» труб?

10.По какой формуле определяют коэффициент гидравлического трения при турбулентном движении жидкости в трубах в области «гидравлически гладких» труб?

11.От каких величин зависит коэффициент гидравлического трения в «доквадратичной» области при турбулентном режиме движения жидкости?

12.По какой формуле определяют коэффициент гидравлического трения в «доквадратичной» области сопротивления турбулентного движения жидкости в трубах?

13.По какой формуле определяют коэффициент гидравлического трения в «квадратичной» области сопротивления при турбулентном движении жидкости в трубах?

14.От каких величин зависит коэффициент гидравлического трения в «квадратичной» области сопротивления, почему эту область называют «квадратичной»?

15.Какие выражения используют при определении границ областей сопротивления?

16.Объясните причину появления потерь энергии по длине трубопровода.

17.Какой вид энергии затрачивается на преодоление сопротивления, оказываемого в трубопроводе постоянного сечения движущейся жидкости?

18.Как изменяется потери напора на трение в прямой цилиндрической трубе, если изменить длину, диаметр, оставляя расход неизменным?

19.Как влияет температура жидкости на величину потерь от трения в прямых горизонтальных трубах, если расход жидкости остается неизменным?

20.Как должен измениться расход жидкости, чтобы при изменении длины или диаметра трубопровода потери энергии от трения остались прежними?

21.Какие параметры надо измерить, чтобы получить потери от трения при движении жидкости в трубопроводе?

7.Список использованной литературы

1.Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика [Текст]/Б.Т.Емцев.-М.:Машиностроение, 1978.-483с.

2.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям [Текст]/И.Е.Идельчик.-М.:Машиностроение, 1975.-559с.

3.Куданов В.А. Гидравлика: Учеб. пособие/В.А. Кудинов, Э.М. Карташов.-М.: Высшая школа, 2007.-199с.

4.Медведев В.Ф. Гидравлика и гидравлические машины: Учеб. пособие/ В.Ф. Медведев.-М.: Выс.шк., 1998.-311с.

5.Юренков В.Н. Тарирование расходомера: Методические указания к лабораторной работе №3 по курсу «Гидравлика»/В.Н. Юренков, Т.А. Никанорова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007.-14с.

Приложение А

Таблица – Физические свойства некоторых жидкостей при температуре 20 fС и атмосферном давлении ( ρa = 0,1013 МПа)

Приложение Б

Таблица – Значения эквивалентной шероховатости поверхности труб и каналов из различных материалов

Разновидность труб и каналов

Стальные цельнотянутые трубы новые после эксплуатации

Стальные сварные трубы: новые после эксплуатации

Стальные теплофикационные трубопроводы:

с незначительной коррозией с умеренной коррозией

Стальные магистральные газопроводы: после одного года эксплуатации после многих лет эксплуатации

Чугунные трубы: новые после эксплуатации

сильно корродированные Медные, латунные, свинцовые, стеклянные

трубы Алюминиевые трубы

Бетонные трубы и каналы: со средней шероховатостью с грубой шероховатостью

Железобетонные трубы и каналы Асбоцементные трубы и каналы:

новые после эксплуатации

Каналы из кирпичной кладки: на цементном растворе покрытые глазурью

Валерий Николаевич Юренков

Изучение гидравлических потерь на трение

Методические указания к лабораторной работе №4 по курсу «Механика жидкости и газа» для студентов всех специальностей и всех форм обучения

Подписано в печать 29.03.2009. Формат 60х31/16 Печать – ризография. Усл. п.л. 1,39

Тираж 100 экз. Заказ 2009

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР №020822 от 21.09.98 г.

Отпечатано в типографии АлтГТУ.