Лаба №3,4,6 Lapshakova

Рис.3. Схема устройства:

1,2 - баки; 3 - перегородка; 4,5 - опытные каналы; 6 - щель; 7 - решетка; 8

-уровнемерная шкала.

2.4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1.Создать в канале 4 ламинарный режим движения жидкости. Для этого при заполненном водой баке 1 поставить устройство баком 2 на стол (рис. 3, а). Наблюдать структуру потока.

2.Повернуть устройство в вертикальной плоскости но часовой стрелке на 180° (рис.3, б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5.

3.При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 5 (с решеткой) занял нижнее горизонтальное положение (рис.3, в). Наблюдать в канале процесс перехода от турбулентного режима движения к ламинарному. Обратить внимание, что решетка приводит к турбулизации потока за ней.

4.При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 4 (с щелью) занял нижнее горизонтальное положение (рис.3, г). Наблюдать за структурой потока в баке 2 при внезапном сужении, внезапном расширении в канале за щелью и при выходе потока из канала в бак 1. Обратить внимание на циркуляционные (вальцовые) зоны, транзитную струю и связь скоростей с площадями сечений каналов.

5.При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании перегородки 3 (рис.3, д).

6.Сделать зарисовку структуры потоков для случаев, указанных в

табл.2.

11

7.Создать в канале 4 течение жидкости (рис.3, а) при произвольном наклоне устройства от себя.

8.Измерить время t перемещения уровня воды в баке на некоторое расстояние S и снять показания термометра Т, находящегося в устройстве 1.

9.Подсчитать число Рейнольдса по порядку, указанному в таблице 3.

10.Повернуть устройство в его плоскости на 180о (рис.3, б) и выполнить операции по п.п. 8, 9.

11.Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой и затем на основе сравнения с критическим значением сделать вывод о режиме течения.

Таблица 3

А =…см; В =…см; d =…см; ω =…см2.

Примечание. Размеры поперечного сечения бака (А, В), гидравлический диаметр d и площадь поперечного сечения ω опытных каналов указаны на корпусе устройства.

12

2.5.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Записать цель лабораторной работы.

2.Начертить схему опытного устройства. Дать расшифровку обозначений.

3.Записать расчетные формулы.

4.Привести заполненные таблицы результатов наблюдений и расчетов.

5.Сделать выводы о проделанной работе.

2.6.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Кратко охарактеризуйте ламинарное и турбулентное течение жидкости.

2.Что такое число Рейнольдса? Можно ли его замерить непосредственно? Зачем оно введено в гидравлику?

3.Какова физическая сущность числа Рейнольдса?

4.Что такое критическое число Рейнольдса? Для чего оно нужно?

5.Какое значение критического числа Рейнольдса принято в инженерной практике?

6.Зачем нужно знать характер движения жидкости?

7.Чем вызван переход из ламинарного движения в турбулентное?

8.Будет ли меняться критическое число Рейнольдса при изменении диаметра трубопровода? Его длины? Вязкости жидкости? Уровня возмущений? Обоснуйте ответ.

9.Как рассчитывается число Рейнольдса для потоке с произвольным поперечным сечением? Выразите число Рейнольдса через геометрические размеры поперечного сечения для канала: квадратного, прямоугольного, трапецеидального, состоящего из двух концентрических труб разного диаметра.

10.Что такое гидравлический радиус?

13

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ (лабораторная работа №6)

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При гидравлическом расчете водопроводов, теплообменников, технологических систем насосных станций, систем сбора и подготовки воды необходимо определять потери удельной энергии (энергии, отнесенной к единице веса жидкости). Потери удельной энергии (потери напора) обусловлены трением жидкости о стенки трубопровода, трением, возникающим между движущимися слоями жидкости, а также их перемешиванием. Как показывают теоретические исследования, подтверждаемые опытом, потери напора при движении жидкости по трубопроводу зависят от режима движения жидкости (числа Рейнольдса Rе), диаметра, длины трубопровода, шероховатости трубы и скорости движения жидкости. Эти потери определяются по формуле Дарси

где - коэффициент Дарси (коэффициент гидравлического сопротивления); l – длина трубопровода;

d – внутренний диаметр трубопровода;

V – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе; g– ускорение свободного падения.

Нетрудно увидеть, что для определения потерь напора по длине нужно знать величину . По физическому смыслу означает, какую часть от скоростного напора (V2/2q) составляют потери на единицу относительной длины трубы (l/d).

При равномерном изотермическом ламинарном течении жидкости в трубе круглого сечения коэффициент Дарси определяется по теоретической формуле Стокса

λ 64 ,

Для тех же условий турбулентного режима течения жидкости коэффициент Дарси рассчитывается по эмпирическим и полуэмпирическим формулам, полученным на базе теоретических и экспериментальных исследований. Эти исследования показали, что с увеличением числа Re степень его влияния на уменьшается, а степень влияния шероховатости

14

справедливую при Re Re” и Кэ 0,007.

Если Re Re” и Кэ 0,007 расчет коэффициента Дарси осуществляется по формуле Прандтля – Никурадзе

Поскольку в зоне шероховатого трения коэффициент Дарси определяется только относительной эквивалентной шероховатостью, то формула (19, 20)

служит также для нахождения К.

Значения эквивалентных шероховатостей Кэ приведены в справочной

литературе по гидравлике. Таблицы значений Кэ составлены на основании опытных данных с учетом материала, способа изготовления и состояния труб. Состоянием труб учитывают: чистоту, срок эксплуатации, наличие коррозии.

Следовательно, располагая данными об эквивалентной шероховатости стенок трубопровода и зная его диаметр, можно определить граничные условия чисел Рейнольдса и зону трения.

Кроме рассмотренных условий аналитических методов определения коэффициента Дарси, существуют также графические зависимости от Re и Кэ. Для стальных технических труб эти графики построены по результатам экспериментальных исследований, выполненных в нашей стране МуринымГ.А.

Для конкретных условий коэффициент можно определить опытным путем.

3.2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоение экспериментального и расчетного способов определения потерь напора на трение по длине.

3.3. ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

См. п.1.3 данного пособия

3.4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.При заполненном водой баке 1 поставить устройство на стол баком 2

(рис.1).

2.Снять показания пьезометров I-V, измерить время t изменения уровня в баке на произвольно заданную величину S и температуру T в помещении.

3.Построить по показаниям пьезометров пьезометрическую линию. На этой линии выделить участок с постоянным уклоном (обычно участок III-V),