6.1. Основные теоретические сведения

Сопротивление, которое возникает при резком изменении скорости жидкости от внезапного расширения или сжатия сечения потока, от перемены направления движения при поворотах, а также при прохождении жидкости через раз­личные приборы, обслуживающие трубопровод (вентили, задвижки, клапаны и т. д.), называется местным гидравлическим сопротивлением.

Потерю напора в местном сопротивлении рассчитывают по формуле:

,

(23)

где ζ – коэффициент местного сопротивления;

v – средняя скорость потока, м/с.

В подавляющем большинстве случав коэффициент местного сопротивления определяют опытным путем, его значения приводятся в гидравлических справочниках.

Теоретическое значение коэффициента местного сопротивления можно подсчитать для случая внезапного расширения потока.

В соответствии с теорией потери напора при внезапном расширении по­тока

,

(24)

где v₁, v₂ – средняя скорость в трубах меньшего и большего диаметра соответственно, м/с.

Используя уравнение неразрывности потока, легко показать, что

,

(25)

где d₁, d₂ – диаметр трубы до и после внезапного расширения соответственно.

Сопоставляя формулу (25) с общей формулой (23) для расчета потери напора в местном сопротивлении, получаем:

.

(26)

Формула (26) свидетельствует о том, что коэффициент сопротивления зависит от размеров труб и не зависит от числа Re. В то же время результаты опытов показывают, что коэффициент сопротивления ζ_в.р при числе Re < 3,5∙10³ зависит от числа Re и его значение необходимо определять по справочной литературе.

6.2. Описание лабораторной установки

Р абота выполняется на гидравличес­ком стенде ТМЖ-2 с модулем 2 (рис. 16). Пьезометры, установленные до и после внезапного расширения трубы, дают возможность определить пьезометрический напор в первом и втором сечениях. Расход жидкости определяется ротаметром. Регулирование расхода осуществляется вентилем ротаметра.

6.3. Порядок проведения опытов и вычислений

1. Подготовить стенд ТМЖ-2 к работе: включить насос и освободить напорный бак от воздуха.

2. Установить фиксированный расход воды и измерить его с помощью ротаметра.

3. Зафиксировать показания пьезометров 4 и 8 .

4. Измерить температуру воды в установке и по табл. 2 определить ее коэффициент кинематической вязкости.

5. По результатам измерений рассчитать полную энергию перед внезапным расширением и после внезапного расширения потока , а затем – потерю напора по формуле:

.

(27)

Опытный коэффициент сопротивления

.

(28)

6. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 6. Для определения зависимости коэффициента ζ_в.р.оп от числа Рейнольдса необходимо выполнить не менее восьми опытов на разных расходах.

7. По результатам расчетов построить график ζ = ζ(Re).

Таблица 6

Результаты измерений и расчета значения коэффициента местного сопротивления 

Показатель	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6	7	8
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Пьезометрический напор в сечении 4 , м
Пьезометрический напор в сечении 8 , м

Окончание табл. 6

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Расход жидкости Q, м3/с
Скорость жидкости в сечении 4 , м/с
Скорость жидкости в сечении 8 , м/с
Полный напор в сечении 4 , м
Полный напор в сечении 8 , м
Потеря напора , м
Опытное значение коэффициента сопротивления
Температура воды T, °С
Кинематическая вязкость воды ν, м2/с
Число Рейнольдса
Расчетное значение коэффициента сопротивления

Лабораторная работа 7

Истечение жидкости через малое отверстие

в тонкой стенке

Цель работы: экспериментально определить коэффициенты скорости, расхода, сжатия струи и сопротивления при истечении жидкости через малое круглое отверстие в тонкой стенке.