Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов.

Рекомендуемый порядок эксперимента следующий.

Включить помпу. Установив по возможности малый расход в трубе и выдержав время, достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием вентиля начинают подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается, если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе. Меняя открытие вентиля нетрудно добиться наличия в трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком. Затем измеряется расход, после чего он увеличивается путем дополнительного открытия вентиля и после достижения установившегося режима опыт повторяется. Таких опытов производится несколько (5-6) вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномерно размывается по толще потока и становится невидимой. Расход воды в трубе измеряется весовым методом с помощью мерной кружки.

По результатам наблюдений следует определить критические значения чисел Рейнольдса.

Результаты измерений и наблюдений сводятся в Таблицу 3.1.

Таблицу 3.1.

№ режима	Расход Q, м3/с	Средняя скорость V,м/с	Температура воды t, ОС	Re -	Визуальная структура потока
1	2	3	4	5	6

Значение числа Рейнольдса рассчитывается по формуле (1), в которой средняя скорость воды определяется соотношением:

v = Q/f (м/с) (3.2)

где f- площадь "живого" сечения стеклянной трубки в [м²]

f=πd²/4(3.3)

Величина кинематического коэффициента вязкости воды в зависимости от ее температуры в напорном баке рассчиты­вается по эмпирической формуле Пуазейля в [см²/с]:

ν = 0,0178 / (1+0,0377 · t + 0,000221 · t²) (3.4)

Лабораторная работа №4 определение потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе

Цель работы: определение потерь капора по длине трубопрово­да и местных потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе.

Потери напора по длине по длине трубопровода. Теоретические основы работы

Различают потери напора по длине трубопровода и местные потери напора.

Потери напора по длине имеют место в прямолинейных трубопроводах и определяются затратами энергии на преодоление сил сопротивления, возникающих от трения потока жидкости в пристенном слое трубопровода.

На участках трубопровода, где имеются повороты, расширения или сужения канала, установлены диафрагмы, заслонки, вентили, сетки и т.п. возникают местные потери капора, которые определяются в основном затратами энергии на создание вихрей с последующим переходом кинетической энергии их вращения в тепло под действием сил внутреннего трения.

Потери напора по длине h_Lпри движении вязкой жидкости в прямолинейном трубопроводе с поперечным сечением круглой формы определяются по формуле:

h_L = λ (L/d) (v²/2g)(4.1)

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления канала; L- длина прямолинейного участка трубопровода в м;d-диаметр круглого трубопровода в ,м;V- средняя скорость жидкости в сучении трубопровода, м/с ,g=9,81 м/с²– ускорение свободного падения.

При Re< 2300, т.е. в области ламинарного течения жидкости, значения коэффициентов гидравлического сопротивления в круглом трубопроводе определяются по формуле

λ = 64 / Re (4.2)

Re= v ·d/ν - критерий Рейнольдса; ν – кинематическая вязкость жидкости (м²/с). В этом случае потери напора по длине грубы пропорциональны первой степени скорости v .

В области ламинарного режима течения значения коэффициентов гидравлического сопротивления λ не зависят от величины выступов шероховатости ∆.

При величине критерия Рейнольдса более 4000 режим течения в круглых трубах становится турбулентным.

В области 2300 < Re< 4000 режим течения жидкости в трубах является переходным.

Число Re, соответствующее началу перехода режима течения из ламинарного в турбулентный зависит от параметров шероховатости стенок трубы. При турбулентном режиме течения непосредственно у стенки трубы формируется ламинарный подслой толщиной δ. Трубы считаются гидравлически гладкими, если величина выступов шероховатости ∆ меньше δ. Для гидравлически гладких труб при турбулентном режиме течения жидкости в диапазоне 2300<Re<3^.10⁶справедлива формула Конакова:

λ = (1,8 · lgRe – 1,5) ^-2 (4.3)

Для 4000 < Re < 10⁵коэффициент гидравлического сопротивления может быть определён по более простой зависимости Блазиуса:

λ = 0,3164 · Re^-0,25 (4.4)

При течении жидкости в шероховатых трубах различают две области турбулентного течения. В первой области ( величина критерия Рейнольдса до 1,5^.10⁵) величина λ зависит как от шероховатости трубы, так и от величиныRe. Примерами расчётных зависимостей может служить формула Френкеля:

λ = {-2·lg0,27(∆/d) + (6,81 / Re)^0,9}^-2 (4.5)

Для больших значений Reи при турбулентном течении жидкости в трубах с большой шероховатостью стенки (v·∆/ν > 1260) наблюдается так называемая квадратичная область течения, в которой коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от шероховатости стенки канала. В этом случае коэффициент гидравлического сопротивления может быть определён по формуле Теплова

λ =(1,8 lg(d/∆) + 1,65)^-2 (4.6)

Местные потери напора рассчитываются по формуле:

h_м = ξ (v²/2g) (4.7)

где ξ - коэффициент местного сопротивления,

v- скорость движения жидкости за местным сопротивле­нием.

Коэффициенты местных сопротивлений определяются опытным путем. При решении инженерных задач для их расчета используют справочные данные, справедливые для конкретных видов сопротив­ления. Например, местное сопротивление ξ при внезапном суже­нии течения изменяется в пределах от 0,5 до-0,15 при изменении отношения f₁/f₂от 0,1 до 0,8, где -f₁площадь "живого" сечения в узкой части потока, а -f₂площадь "живого" сечения в широкой части потока. При течении потока через сетку значе­ние ξ изменяется в пределах от 1,0 до 5,0 в зависимости от ее конструкции. При плавном закруглении на угол 90^околена трубы диаметромdи радиусом закругленияRзначения ξ изменяются в пределах от 0,13 до 1,98 при измененииd/Rот 0,2 до 2,0.