Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидравлики и гидравлических машин

Экспериментальное определение коэффициентов местных ГИДРАВЛИЧЕСКИХ сопротивлений в трубопроводах

Методические указания к лабораторной работе №9 для студентов всех видов обучения

Пермь 2012

Составители: Маргарита Юрьевна Никитская, Максим Исаакович  Хазанов, Александр Викторович  Горбунов.

Экспериментальное определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений в трубопроводах. Методические указания к лабораторной работе №9 / Составители М.Ю. Никитская, М.И. Хазанов, А.В. Горбунов. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012г. – 19 с.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Гидравлики и гидравлических машин» 9 февраля 2012 г.

Завкафедрой

гидравлики и гидравлических машин,

д.т.н., профессор Е.М. Набока

Приведены основные сведения о возникновении местных гидравлических сопротивлениях и природе потерь механической энергии в них, дано описание учебной установки «Гидродинамика ГД-05М», изложена последовательность проведения эксперимента и порядок обработки опытных данных.

Иллюстраций 6. Библиография 6 назв. Таблиц 5.

 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2012 г.

1. ЦелЬ работы

1.1.Ознакомиться с природой потерь в местных гидравлических сопротивлениях;

1.2.Изучить учебную установку "Гидродинамика ГД-05М";

1.3.Экспериментально определить коэффициенты местных гидравлических сопротивлений.

1.4.Определить коэффициенты местных гидравлических сопротивлений по формулам и сравнить их с коэффициентами, найденными экспериментально.

2. Общие сведения

Местное гидравлическое сопротивление представляют собой короткий участок трубопровода, на котором скорость потока изменяется по величине или направлению в результате изменения размеров или формы сечения трубопровода, а также направления его продольной оси.

Потери механической энергии, возникающие при деформации потока в местном сопротивлении, отнесённые к единице веса протекающей жидкости, называются потерями напора и рассчитываются по формуле

, (1)

где  – безразмерный коэффициент местного сопротивления;

 – средняя скорость потока жидкости в характерном сечении трубопровода (обычно это сечение берётся непосредственно перед местным сопротивлением или после него).

Все местные сопротивления разделяют на простые и сложные.

К простым местным сопротивлениям относятся:

• внезапное расширение русла (рис. 1, а);

• постепенное расширение русла (диффузор) (рис. 1, б);

• внезапное сужение русла (рис. 1, в);

• постепенное сужение русла (конфузор) (рис. 1, г);

• резкий поворот русла (колено) (рис. 1, д);

• плавный поворот русла (отвод) (рис. 1, е);

• плавный поворот русла (угольник) (рис. 1, ж).

Все остальные местные сопротивления относят к сложным, которые представляют собой ту или иную комбинацию простых местных сопротивлений[2].

Потери напора на местных сопротивлениях складываются из вихревых потерь и потерь на трение.

Известно, что потери на трение вызываются торможением потока стенками, которое приводит к неравномерному распределению скоростей по сечениям потока и к появлению напряжений трения между смещающимися струйками жидкости.

В местных гидравлических сопротивлениях, там, где имеет место деформация потока, неравномерность распределения скоростей возрастает, что вызывает увеличении местных потерь.

Рис.1 Классификация простых местных сопротивлений

Вихревые потери связаны с отрывами потока от стенок, возникающими при резких изменениях конфигурации русла. При этом происходят интенсивные вихреобразования, которые приводят к значительному увеличению местной потери напора.

Значение в общем случае зависит от формы местного сопротивления, шероховатости его стенок, условий входа и выхода потока из него и основного критерия динамического подобия напорных потоков – числа Рейнольдса.

Число Рейнольдса определяется по формуле

,

где  – средняя скорость потока жидкости;

 – внутренний диаметр трубы;

 – кинематическая вязкость жидкости.

Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (сечения перед и после данного местного сопротивления)

, (2)

где – пьезометрические напоры (показания пьезометров) в сечениях до и после данного местного сопротивления;

– скоростные напоры в сечениях до и после данного местного сопротивления;

– потерянный напор на данном местном сопротивлении.

Из (2)

, (3)

Для всех местных сопротивлений, кроме внезапного расширения и внезапного сужения, второе слагаемое в формуле (3) равно нулю;

Коэффициент местного сопротивления

, (4)

где - скоростной напор в меньшем сечении перед или после местного сопротивления.

Для простых местных сопротивлений коэффициенты могут быть рассчитаны по эмпирическим зависимостям [3, 4], а для сложных – определяются экспериментально.