Контрольні запитання

1. Записати рівнянні Бернуллі для потоку реальної рідини. У чому полягає фізичний зміст рівняння?

2. Що таке питома енергія рідини? Які види питомої енергії Ви знаєте?

3. Який гідравлічний і геометричний зміст рівняння Бернуллі?

4. Як виміряти повний, статичний і швидкісний напір рідини?

5. Рівняння Бернуллі для ідеальної рідини та його енергетичний зміст.

6. Що таке гідравлічний похил? Який він може бути за знаком?

7. Що таке п’єзометричний похил? Яким він може бути і чому?

Лабораторна робота № 5 Визначення коефіцієнта гідравлічних втрат при різних режимах руху рідини

Мета роботи:	Експериментально визначити коефіцієнт гідравлічних втрат при різних режимах руху рідини і порівняти його з розрахунковим значенням.
Прилади та обладнання:	Частина прямого круглого трубопроводу, діафрагмовий витратомір, диференційний манометр, штангенциркуль і рулетка, секундомір.

Теоретичні відомості

Для визначення коефіцієнта гідравлічних втрат λ використовують формулу Дарсі-Вейсбаха:

, (5.1)

де h_e – втрати напору вздовж потоку;

l – довжина прямолінійної ділянки трубопроводу;

d – внутрішній діаметр труби;

– швидкісний напір;

υ – середня швидкість потоку рідини.

Як відомо з теорії гідравлічних втрат напору вздовж потоку, коефіцієнт λ залежить від критеріального числа Рейнольдса R_e і величини еквівалентної шорсткості трубопроводу Δ:

. (5.2)

Еквівалента шорсткість – це величина однакових і однорідних виступів стінки трубопроводу, яка дає при розрахунку однакову з дійсною шорсткістю величину втрат напору.

Число Рейнольдса визначимо за формулою:

, (5.3)

де v – коефіцієнт кінематичної в’язкості рідини. Для води при кімнатній температурі v=10^-6 м²/с.

Для ламінарного режиму руху рідини коефіцієнт λ знаходиться за формулою Пуайзеля:

. (5.4)

Для турбулентного режиму коефіцієнт гідравлічних втрат розраховується за формулою Блазіуса:

. (5.5)

Формули (5.4) та (5.5) показують, що коефіцієнт λ для вказаних границь числа Рейнольдса не залежить від шорсткості стінок труб. Це пояснюється наявністю біля стінок прилеглого шару рідини (або ламінарного шару), який закриває виступи поверхні стінок. І в такому разі стінки труби гідравлічно гладкі.

Якщо число Рейнольдса буде більше 10⁵ (R_e > 10⁵), то ламінарний шар починає віддалятися від стінок, виступи шорсткості оголюються і опір потоку внаслідок вихроутворень збільшується.

У такому разі коефіцієнт λ буде розраховуватися за формулою Альтшуля:

. (5.6)

При значенні R_e > 10⁶ величина 68/R_e є дуже малою, і коефіцієнт λ не буде практично залежати від числа Рейнольдса, а тільки від шорсткості Δ, і тоді формула (5.6) перетворюється в формулу Шифринсона:

. (5.7)

Зрештою формула (5.6) перетворюється в формулу (5.5), коли Δ=0 (при R_e<10⁵).

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з прямолінійної ділянки круглого трубопроводу довжиною l, двох п’єзометрів, діафрагменного витратоміра Q з диференційним манометром М_Q і регулюючого вентиля К (рис. 5.1).

Рис. 5.1.

Втрати напору вздовж потоку h_e вимірюються різницею висот п’єзометрів. Для визначення об’ємних

витрат, які вимірюються манометром М_Q, визначають перепад h у мм тисків водяного стовпа і за допомогою графічної залежності h=f(Q) розраховують витрати рідини (рис. 5.2).

Рис. 5.2.