Отчет по работе

Отчет по работе должен включать следующие пункты:

1. Титульный лист.

2. Наименование и цель работы.

3. Схему опытной установки.

4. Таблицу наблюдений.

5. Обработку результатов опыта.

6. Определение погрешности измерений основных величин.

Выводы.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ (НАПОРА) ПРИ ТЕЧЕНИИ ЧЕРЕЗ МЕСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Цель работы:

Закрепление знаний по разделу "Местные гидравлические сопротивления", получение навыков опытного определения коэффициентов местных сопротивлений.

Задание:

Определить из опыта коэффициенты сопротивления для различных местных сопротивлений. Сравнить полученные результаты с данными справочной литературы.

Теоретические основы:

Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости запишется в следующем виде:

(20)

Для практического использования уравнения Бернулли необходимо установить способ определения величин потерь напора h_т, вызванных действием в потоке сил сопротивления. Механизм действия этих сил настолько сложен, что до настоящего времени для произвольного движения не удалось найти точного метода вычисления потерь h_Т. В технических расчетах чаще всего приходится пользоваться эмпирическими или полуэмпирическими зависимостями.

Как показал опыт прикладной гидродинамики, гидравлические сопротивления удобно разделить на два класса, или вида. Первый вид - это сопротивления, связанные с трением потока жидкости о стенки трубы. Потери в этом случае равномерно распределены по длине потока и называются потерями по длине h_λ. Этот вид потерь в чистом виде может иметь место только в потоке с постоянной по его длине средней скоростью. Такие потоки называются равномерными: они могут существовать лишь в прямой цилиндрической трубе или призматическом канале.

С другим видом гидравлических сопротивлений, а следовательно, и потерь мы встречаемся в случаях резких изменений формы граничных поверхностей потока на коротком участке. Потери здесь вызываются деформацией потока пограничными поверхностями, сопровождающейся перестройкой закона распределения скоростей и образованием зон с вихревым движением жидкости. Такие участки резких деформаций потока называют местными гидравлическими сопротивлениями, а вызванные ими потери - местными потерями напора h_м.

Наряду с различием конфигураций граничных поверхностей необходимо учитывать влияние режимов движения жидкости на величину и механизм потерь, т.е. важно знать условия перехода ламинарного течения в турбулентное. В реальных конструкциях участки равномерного движения жидкости могут чередоваться с местными сопротивлениями, число частных видов которых чрезвычайно велико. При подсчетах полных потерь напора широко применяется принцип сложения, согласно которому полные потери равны сумме потерь на отдельных участках равномерного движения и потерь на всех местных сопротивлениях:

(21)

где h_λi - потеря по длине на i-м участке равномерного движения;

h_λj - местные потери на j-м местном сопротивлении.

При протекании жидкости через местное сопротивление в потоке возникают деформации эпюры скоростей, отрывы и вихревые зоны, которые могут распространяться как вверх, так и вниз по течению. В связи с этим, если величины h_mj вычисляют по формулам, установленным для изолированных местных сопротивлений, то применение принципа сложения потерь согласно (21) будет правомерным лишь в том случае, когда местные сопротивления не влияют друг на друга, т.е. разделены участками движения со стабилизированным распределением скоростей. В противном случае два или более местных сопротивления следует рассматривать как одно сложное и для него должны быть, установлены специальные расчетные зависимости.

Исходя из общих законов гидродинамики, можно установить структуру общих формул, выражающих потери в любом сопротивлении. Из этих общих формул в некоторых случаях удается получить теоретические формулы для конкретных видов сопротивлений, а в других случаях приходится, пользуясь опытными данными, конкретизировать формулы эмпирическими коэффициентами. Общая формула потерь в гидравлическом сопротивлении называется формулой Вейсбаха и имеет вид:

(22)

В общем случае коэффициент местного гидравлического сопротивления ζ_М зависит от пограничной геометрии и числа Рейнольдса, и его можно представить в виде:

(23)

где А - константа, зависящая от формы сопротивления и числа Rе.

Из этой формулы вытекает, что при малых числах Rе второй член правой части, т.е. А/Rе, играет определяющую роль в величине ζ_М.

А при возрастания числа Rе этот член становится малым и, следовательно, число Rе, а значит и вязкость, перестают влиять на величину ζ_М. При значение . Индекс «кв» означает квадратичность сопротивления, т.е. пропорциональность потерь квадрату скорости, так как ζ_кв от числа Rе не зависит. Формулу (22) можно использовать и для расчета потерь по длине, если обозначить:

(24)

где λ - коэффициент трения по длине трубы;

l - длина трубы;

d - диаметр трубы.

Данные о коэффициентах местных сопротивлений, наиболее часто встречающихся в инженерной практике, приводятся в гидравлических справочниках.

В лабораторной работе потеря напора на местном сопротивлении h_м определяется из уравнения Бернулли (20), записанного для каждого из исследуемых местных сопротивлений. Выражая коэффициент местного сопротивления из формулы (22), необходимо учитывать, что если сечение трубопровода меняется, то в формулу (25) подставляют один из скоростных напоров: в сечении до местного сопротивления или в сечении после него .

(25)

В справочниках указывается, к какому скоростному напору отнесен коэффициент местного сопротивления.

Лабораторная работа № 4.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ (НАПОРА) ПРИ ТЕЧЕНИИ ЧЕРЕЗ МЕСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ВИДЕ РЕЗКОГО СУЖЕНИЯ ПОТОКА

Экспериментальная часть:

Диаметр условного прохода подводящего трубопровода d₁=15,5 мм. Диаметр условного прохода отводящего трубопровода d₂ = 10 мм.

1. Полностью закрыть задвижки З1, З2, З4, З5, З6, З7, З8 и краны КР4, КР5, КР8, КР12. Краны КР6, КР7, КР9, КР14 и задвижку З3 полностью открыть.

2. Повернуть переключатель насоса Н3 в крайнее правое положение и включить питание переключением соответствующего тумблера на блоке управления.

3. Дождаться наполнения напорной секции накопительного бака, вплоть до возникновения перелива.

4. Откручивая рукоятку задвижки З4 установить уровень жидкости в пьезометре №6 (Н_П6) в соответствие с табл. 7.

5. Закрыть кран КР9. Измерить время ∆t заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1. Записать значения в таблицу 2.4.1. Открыть кран КР9.

6. Записать в таблицу показания пьезометра №7 (Н_П7).

7. Повторить действия по пунктам п.4, 5, 6 для всего интервала Н_п6 из таблицы 7.

8. Полностью закрыть задвижку З4.

9. Выключить питание насоса Н3.

Обработка результатов опыта:

1. Рассчитать величины расходов Q=V/∆t и записать значения в таблицу 4.1.

2. Рассчитать параметры потока в трубопроводах:

а) среднюю скорость жидкости υ₁=Q/A₁ и υ₂=Q/A₂

(A₁=πd₁²/4, A₂=πd₂²/4).

б) скоростной напор- υ²₁/2g и υ²₂/2g

в) критерий Рейнольдца

3. Рассчитать местные потери напора на резком сужении:

4. Рассчитать потери давления на резком сужении:

5. Определить коэффициент сопротивления резкого сужения:

а) приведенный к скоростному напору в малом трубопроводе (отводящей)-

б) приведенный к скорости в подводящей трубе -

6. Построить напорную характеристику резкого сужения в координатах подача - потребный напор Н_ПОТР=∆h_C=f(Q)

7. Построить характеристики местного сопротивления (резкого сужения) в координатах коэффициент сопротивления - критерий Рейнольдса ζ_C1=f(Re₁).

8. Сделать выводы.

Таб. 7.

№	V, л	∆t, сек	Q, л/с	НП7, мм	НП6, мм	υ1, мм/с	υ2, мм/с	Re1, мм	Re2, мм	, мм	, мм	∆hС, мм	∆рС, Па	ζС1	ζС2
1					850
2					800
3					750
4					700
5					650
6					600
7					550