3 Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема экспериментальной установки изображена на рисунке 2.2: В напорный бак 1 вода из заборного колодца лаборатории поступает по трубопроводу 2 с помощью центробежного насоса (на схеме не показан). Для поддерживания постоянного уровня в баке I имеется сбросная труба с вентилем 3. Из напорного бака 4 вода поступает в трубопровод переменного сечения 4. для которого строятся пьезометрическая и напорная линии. Скорость воды регулируется пробковым краном 5. Мерный бак служит для измерения расхода воды, протекающей через трубопровод 5

1. напорный бак;

2. трубопровод;

3. сбросная труба;

4. трубопровод переменного сечения;

5. кран:

6. мерный бак;

7, 8 — пьезометры.

Пьезометр 7 измеряет уровень воды в напорном баке, пьезометры 8 с

символами — , - - измеряют пьезометрическую высоту,

соответствующую давлению в сечении, пьезометр 6 измеряет уровень воды в

мерном баке.

4.Порядок выполнения работы

В тру бопроводе 5 установить некоторый расход воды. Для этого включить насос и пробковым краном 9 установить расход. За насосом в трубопроводе 2 установлена задвижка, с помощью которой можно регулировать подачу насоса (насос и задвижка на схеме не показаны).

2. С помощью вентиля 3 добиться постоянства уровня жидкости в напорном бакс 4, г.е. столбики жидкости в пьезометрах должны быть неподвижны.

3. За время опыта t=85 сек. снять показания пьезометров, установленных в характерных сечениях трубопровода 5.

4. Снять показание изменения уровня воды h в мерном баке 8 за время t=85 сек., с помощью пьезометра

5. Снять показания пьезометра I по уровню воды в напорном баке 4. Опытные данные внести в расчётную таблицу 1.

Таблица 1

№ опыта	, см	Но, см	. см	см	см	см	,. см
1
2
3
4
5

4.Обработка результатов экспериментов

Полный напор в сечении вычисляется по формуле:

= Н

Поскольку труба горизонтальная - г =const. Если считать, что плоскость сравнения проходит через ось трубы, то г =0.

Величина снимается с показания пьезометров.

Скорость в сечении определяется по формуле: = Q/ где Q - расход; - площадь живого сечения.

Расход определяется с помощью мерного бака. Объём за время опыта t равен W = Q t.

С другой стороны - W = S_6aк • , где = 8500, где S_6aк =8500см² - площадь бака; - изменение уровня воды в мерном баке. Тогда Q = W/t.

Таблица 2

Наименование	Обозначение
Диаметр, см	d	3,8	1,9	1,9	1,9	3,8
Плошаль, см2	= 0,785d2
Скорость, см/с	= Q/
Скоростной напор >см	/2g
Пьезометрическая высота, см
Полный напор, см

По вычисленным значениям полного и пьезометрического напоров строят графики напорной и пьезометрической линий. График строится в выбранном масштабе с учётом расстояний: от напорного бака до 1-го пьезометра -56 см, от 1-го до 2-го -22см, от 2-го до 3-го 100см, от 3-го до 4-го 100см, от 4-го до 5-го -29 см. Для большей наглядности эти линии рекомендуется показать разным цветом.

Контрольные вопросы

1. Что такое напор?

2. Какие виды напора вы знаете?

3. Что такое идеальная и реальная жидкости?

4. Почему напор имеет размерность длины?

5. Почему показания 5 пьезометра больше показаний 4-го

6. Почему при построении напорной линии принято 2=0?

7. Что такое гидравлический уклон?

8. В чём состоит энергетический смысл уравнения Бернулли?

1. Поршень диаметром D движется равномерно вверх в цилиндре, засасывая воду из открытого резервуара с постоянным уровнем. Диаметр трубопровода d, длина каждого из трёх участков I, коэффициент сопротивления каждого из колен 4, коэффициент сопротивления трения X. Когда поршень находится выше уровня в резервуаре на А, необходимая для его перемещения сила Р.Определить скорость подъёма поршня 9 и найти, до какой высоты А его можно поднимать с такой скоростью без опасности отрыва от него жидкости, если давление насыщенных паров воды Рн.п.=4,25 кПа, её плотность р=995 кг/м (t=30 °С) и атмосферное давление Ра1„=98,7 кПа. Массой поршня, трением его о стенки и потерями напора в цилиндре пренебречь.

2. При истечении воды из большого резервуара в атмосферу по горизонтальной трубе, диаметр которой d и длина /, при статическом напоре Н получено, что уровень в пьезометре, установленном по середине трубы, А. Определить расход Q и коэффициент сопротивления трубы Сопротивлением входа в трубу пренебречь.

3. Жидкость Ж подаётся в открытый верхний бак по вертикальной трубе длиной 21 и диаметром d за счёт давления воздуха в нижнем замкнутом резервуаре. Определить давление р воздуха, при котором расход будет равен Q Принять коэффициенты сопротивления: вентиля 4 = 8,0; входа в трубу 4 = 0,5; выхода в бак 4 = 1,0. Эквивалентная шероховатость стенок трубы к = 0,2мм.

4. Поршень диаметром D движется равномерно вниз в цилиндре, подавая жидкость Ж в открытый резервуар с постоянным уровнем. Диаметр трубопровода d, его длина l . Когда поршень находится ниже уровня жидкости в резервуаре на Н = 5м, потребная для его перемещения сила равна F. Определить скорость поршня и расход жидкости в трубопроводе. Коэффициент гидравлического трения трубы принять X = 0,03. Коэффициент сопротивления входа в трубу вх= 0,5; выхода вых = 1,0.

5. По трубопроводу диаметром d и дтиной / движется жидкость Ж.Чему равен напор Н, при котором произойдёт смена ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учитывать. Температура жидкости t = 20 °С.

6. Какой предельной длины L можно сделать пожарный рукав диаметром D, если при давлении М (по манометру на гидранте) подача через установленный на конце ствола насадок, выходной диаметр которого d, должна составлять Q? Ствол поднят выше манометра на h; коэффициент сопротивления ствола с насадкой 4 = 0,1 (сжатие струи на выходе отсутствует).

Местные потери в рукаве не учитывать.

Задачу решить предполагая, что используются прорезиненные ( = 0.025) и не прорезиненные ( = 0,054) рукава.

По напормому стальному трубопроводу диаметром D и общей длиной L жидкость Ж подаётся на высоту в количестве Q за сутки.

Определить потерю напора в трубопроводе и давление нагнетания р насоса, учитывая только сопротивление трения по длине, если шероховатость стенок трубопровода = 0,2мм; температура жидкости t = 20 °С. Найти вакуум Рв в сечении С, расположенном выше выходного сечения трубопровода на ; длина участка трубопровода между этими сечениями l.

В котельной установке с естественной тягой при расходе дымовых газов М вакуум у основания трубы (обусловленный сопротивлением газового тракта) должен быть

Определить какую высоту Н должна иметь труба, создающая такой вакуум, если её диаметр d. Средняя плотность дымовых газов = 0,6кг/м; окружающего атмосферного воздуха = 1,2кг/м. Коэффициент сопротивления трения в трубе принять = 0,03.

Указание. Из уравнения Бернулли для движения дымовых газов в трубе

,

где и - значения абсолютного давления дымовых газов у основания трубы в сечении 1 и в ее выходном сечении 2.

Обозначив - атмосферное давление на уровне основания трубы, получим

и

9. Центробежный насос осуществляет забор воды из бассейна по самотечной трубе через промежуточный колодец. Размеры самотечной трубы L, D и всасывающей линии насоса 1, d. Насос расположен выше уровня воды в бассейне на h. 1

Определить расход воды Р , откачиваемой насосом, если известно, что вакуумметрическая высота во всасывающем патрубке насоса равна 6м. Коэффициент сопротивления трения в трубах принять =0,03м. (значения коэффициентов местных потерь показаны на схеме).

10. Определить избыточное давление на выходе в шестерный насос системы смазки, подающий Q л/мин масла при температуре t = 20 °С (кинетическая вязкость масла = 2 Ст, относительная плотность = 0,92). Длина стального всасывающего трубопровода l и диаметр d, его шероховатость Δ . Входное сечение насоса расположено ниже свободной поверхности в масляном баке на h.

Как изменится давление перед насосом, если масло нагреется до температуры t = 80ºС ( = 0,1 Ст; р0 = 0,97)? Местные потери в трубопроводе принять равными 10% от потерь на трение по длине.

\

Лабораторная работа №3

«Определение коэффициента гидравлического трения при движении жидкости в трубопроводе»

Введение

В методических указаниях к лабораторной работе «Определение коэффициента гидравлического трения при движении жидкости в трубопроводе» сформулирована цель работы, изложены основные теоретические положения, описана экспериментальная установка, порядок проведения работы, обработка результатов экспериментов, методика определения коэффициента гидравлического трения (Дарси), поставлены контрольные вопросы, приведён список литературы.

Цели работы.

1. Экспериментальное определение коэффициента гидравлического трения для опытного трубопровода постоянного сечения.

2. Сравнение найденного значения с вычисленным по некоторым эмпирическим формулам, приведённым в разделе