Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по гидравлике. Бабкин В.Ф., Журавлева И.В
Рис. 8. Схема установки для оценки потерь напора по длине
6.3. Порядок выполнения эксперимента
1. Определить температуру воды и вычислить кинематическую вязкость по формуле
ν=0,0175 (1+0,0158 T)-2 , в cм2/с. |
(6.9) |
2.Открыть вентиль В, установить постоянный расход жидкости в трубе.
3.По водомеру и секундомеру определить за какое время по трубопроводу (рис. 8) протекает объем воды W=10000 см3. t= ____ c.
4.Вычислить расход, скорость, число Re для каждого опыта.
5.Определить высоты уровней жидкости в пьезометрах в сечениях 1 и 2.
6.Вычислить потери на трение.
Из уравнения Бернулли (4.1), написанного для сечений 1 и 2, при условии υ1=υ2 и горизонтальности трубы (т.е. z1=z2), получим
hтр = h1 - h2. |
(6.10) |
7. Вычислить опытные значения коэффициентов гидравлического трения по формуле
λ = |
2g hтр |
d |
|
|
|
(6.11) |
|
L υ2 |
|
||
|
|
|
|
(размерности всех величин необходимо привести к системе СИ). 8. Определить значения шероховатости трубы.
25
9. Задавшись шероховатостью трубы в пределах ∆=1 - 2 мм определить
λрасч. по формуле (6.7).
Результаты расчётов внести в табл. 6.
|
|
Форма записи результатов измерений |
|
Таблица 6 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
t= _____0C ν = ______ cм2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номера |
Объём |
Время |
Расход |
υ, |
Re |
h1, |
h2, |
hтр, |
λоп |
λрасч. |
∆, |
опыта |
W, см3 |
t, с |
Q. см3/с |
см/с |
|
см |
см |
см |
|
|
см |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1.В начале или в конце горизонтальной прямолинейной шероховатой трубы постоянного сечения больше скорость, если давления в сечениях не зависят от времени?
2.Вывести формулу для расчета потерь напора на трение.
3.Влияет ли температура на скорость течения вязкой жидкости в трубопроводе, если начальный напор остается постоянным?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ
МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Тема для изучения при подготовке к работе: Местные сопротивления.
7.1. Цель работы
Определить опытным путем коэффициенты различных местных сопротивлений и сравнить их со справочными данными.
7.2. Краткие теоретические сведения
Потери напора, сосредоточенные на коротких участках и обусловленные изменением скорости потока по величине или по направлению, называют
местными.
26
Местные потери напора hм определяются по эмпирической формуле Вейсбаха:
hм =ζм |
υ2 |
, |
(7.1) |
|
2g |
||||
|
|
|
где υ - средняя скорость потока в сечении трубопровода до или за местным сопротивлением; ζм - коэффициент данного местного сопротивления, отнесенный к
соответствующему скоростному напору.
Численные значения ζм зависят от вида местного сопротивления и определяются, как правило, опытным путем. Лишь для внезапного расширения потока ζр определен теоретически. Из формулы Борда для потерь напора при внезапном расширении потока
|
|
|
|
|
|
hв.р. = |
|
(υ1 −υ2 )2 |
|
|
|
(7.2) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2g |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
hв. р.=ζр |
υ1 |
|
d1 |
|
|
υ1 |
и |
ζр |
|
d1 |
|
(7.3) |
||
2g |
= 1− |
2 |
|
2g |
= 1− |
2 |
. |
|||||||
|
|
d2 |
|
|
|
|
|
|
d2 |
|
|
|||
7.3. Описание экспериментальной установки
Лабораторная установка (рис. 9) состоит из напорного резервуара 1, снабженного сливной линией 2, напорного трубопровода 5 с регулировочным вентилем 9 на его конце и турбинным расходомером 8.
По длине напорного трубопровода 5 имеются различные местные сопротивления: внезапное расширение и сужение трубы 6 (с диаметрами d1=50 мм и d2=100 мм) и вентиль 7. До каждого местного сопротивления и после него установлены пьезометры, смонтированные на общем щите 10, снабженном шкалой. Подача воды в напорный резервуар 1 осуществляется по трубе 3 и регулируется вентилем 4.
27
Рис. 9. Схема лабораторной установки по определению местных сопротивлений
7.4. Порядок выполнения работы
При помощи вентилей 4 и 9 устанавливают определенный режим движения воды по напорному трубопроводу. Уровень воды в резервуаре 1 должен оставаться при этом постоянным, а через переливную трубку 2 должно вытекать небольшое количество воды.
Снимают показания всех пьезометрических трубок. С помощью секундомера определяют время, за которое стрелка расходомера пройдет десять делений по шкале, чему соответствует объем воды, прошедший через расходомер, равный 10 л. С помощью вентилей 4 и 9 устанавливают новый режим движения воды и повторяют измерения.
Результаты измерений сводят в табл. 7.
|
|
|
Форма записи результатов измерений |
Таблица 7 |
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Показания пьезометров, см |
Объём воды, |
Время |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
протекающий |
по секундоме- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
опыта |
|
|
|
|
|
|
через расходомер |
ру |
|
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
h5 |
h6 |
V, м3 |
|
||
t, с |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.5. Обработка результатов измерений
Определяют объемный расход воды по формуле
Q=V/t. (7.4)
28
Вычисляют средние скорости до внезапного расширения и после него:
υ1= |
4Q |
; |
υ2 |
= |
4Q |
. |
|
|
|||||
πd12 |
|
|
πd22 |
|||
Определяют потери напора в каждом местном сопротивлении: - при внезапном расширении потока:
hв.р.= h1 - h2 +υ122−gυ22 ;
- при внезапном сужении потока:
|
hв.с.= h3 - h4 + |
υ2 |
−υ2 |
; |
|
2 |
1 |
||
|
|
2g |
||
|
|
|
|
|
- в вентиле: |
hв=h5- h6. |
|
|
|
По формуле |
ζм=2g hм/υ12 |
|
|
|
(7.5)
(7.6)
(7.7)
(7.8)
(7.9)
вычисляют коэффициент каждого местного сопротивления ζр, ζс, ζв.
Подсчитывают теоретическое значение коэффициента местного сопротивления при внезапном расширении потока:
|
2 |
2 |
|
|
d1 |
|
(7.10) |
ζр.т. = 1− |
2 |
. |
|
|
d2 |
|
|
Результаты вычислений сводят в табл. 8.
Таблица 8
Форма записи результатов вычислений
Номер |
Расход |
Средняя |
Потери напора, м |
|
Коэффициенты |
|||||||||
скорость, м/с |
|
сопротивлений |
||||||||||||
опыта |
Q, м3/c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
υ |
υ |
hр |
hс |
hв |
ζ |
р |
ζ |
с |
ζ |
в |
ζ |
р.т. |
||
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29