Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА В МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Потери в местных сопротивлениях обусловлены изменением скорости движения потока в них по направлению и величине, искривлением линий тока, образованием вихревых областей и вторичных течений.

Цель работы. Изучить особенности течения жидкости на участках местных сопротивлений. Определить величину потерь энергии (h_м) и коэффициентов местных сопротивлений () рассматриваемых устройств из формулы

h_м = х²/2g , (5.1)

где  - средняя скорость потока за сопротивлением.

Методика проведения и обработки эксперимента

Работа начинается с рассмотрения физической, качественной стороны явлений. Анализируется влияние деформации потока на величину потерь в местных сопротивлениях.

Местные сопротивления располагаются последовательно на составном трубопроводе. В начале трубопровода установлен кран с помощью которого регулируется величина расхода. На каждом сопротивлении установлен дифференциальный манометр (рис. 5.1). Вытекающий из трубопровода поток воды попадает в мерный бак, с помощью которого измеряется величина расхода.

Открывая регулировочный кран, устанавливаем расчетный режим, ориентируясь на показания дифференциальных манометров, чтобы их величина была в диапазоне 3…5 см. Регистрируются показания дифференциальных манометров (H_p) и измеряется величина расхода объёмным способом. Измеренные величины заносятся в таблицы 5.1 и 5.2.

Величину потерь энергии в местном сопротивлении, находим из уравнения Бернулли, составленного для точек в сечениях с плавно изменяющимся движением перед и за сопротивлением (рис.5.1)

h_м = (z₁ + p₁/g + ₁²/2g) – (z₂ +p₂/g + ₂²/2g) =

(z₁ + p₁/g) – (z₂ + p₂/g) + ₁²/2g - ₂²/2g =

= H_p + ₁²/2g - ₂²/2g. (5.2)

Учитывая, что в опытах устанавливается развитый турбулентный режим коэффициент Кориолиса в расчетах допустимо принимать равным 1,0.

Определив величину расхода Q по данным табл. 5.1., и потери в местных сопротивлениях (h_м), находим величины коэффицентов сопротивлений  из формулы (5.1). В завершении подсчитываются числа Рейнольдса по средней скорости потока за сопротивлениями, принимая кинематическую вязкость из табл. 4.1.

Расчеты помещаем в табл. 5.2.

Определение расхода Табл.5.1

Определение коэффициентов местных сопротивлений Табл. 5.2

Рис.5.1 Схемы местных сопротивлений

В отчет по лабораторной работе поместить рисунки рассмотренных местных сопротивлений с приборами для измерения разности пьезометрических напоров.

Общие вопросы

1. Что такое местное сопротивление? Чем обусловливаются потери напора в местном сопротивлении?

2. Напишите формулу Вейсбаха. Как местные потери энергии и коэффициенты местного сопротивления зависят от вида местного сопротивления и от числа Рейнгольдса?

3. Объясните понятие «зона влияния местного сопротивления». Каковы особенности кинематики потока в пределах зоны влияния? Как может зависеть потеря энергии в местном сопротивлении и его коэффициент от влияния близко расположенного другого местного сопротивления (привести примеры)?

Вопросы для самопроверки

1.Что происходит со структурой потока на участке местного сопротивления? Перед ним? Ниже него по течению?

2. Может ли быть движение потока резкоизменяющимся в ограничивающих местное сопротивление расчетных сечениях? Может ли оно быть таким между ними?

3. Резкоизменяющееся или плавно изменяющееся движение в пределах зон влияния местных сопротивлений?

4. Существует ли аналогия в зависимостях h_l = l/d ²/2g и h_м = ²/2g ?

5. Какая средняя скорость  обычно подставляется в формулу Вейсбаха: до сопротивления, за сопротивлением или в зоне самого сопротивления?

6. Опишите методику экспериментального определения потерь в местном сопротивлении.

7. Как меняется коэффициент при сжатии потока, если отношение диаметров труб до и после внезапного сжатия уненьшается (увеличивается)?

8. Что произойдет при аналогичных изменениях (см. п. 7) с коэффициентом сопротивления на внезапное расширение?

9. Что происходит с коэффициентом местного сопротивления на поворот потока при увеличении угла поворота (радиуса закругления)?

10. Как меняется потеря энергии и коэффициент сопротивления крана, вентиля, задвижки по мере их открытия (закрытия)? Чему равен их коэффициент сопротивления при полном закрытии?

11. Сказывается ли на турбулентности потока за внезапным сжатием (расширением) увеличение степени сжатия (расширения) потока?