Лабораторная работа № 5 Определение коэффициентов местных потерь напора

Краткие теоретические сведения

Местные потери напора, вызываемые резкими изменениями формы потока, направления и скорости, в отличие от потерь по дли­не, происходят на сравнительно коротких участках движения жид­кости. Местные потери напора объясняются тем, что поток не сле­дует точно конфигурации трубопровода в местах его резкого пово­рота, расширения, сужения и др., а отрывается от стенок. Так возни­кают застойные водоворотные зоны, поглощающие энергию.

Величину этих потерь определяют по формуле Вейсбаха:

, (5.1)

где ζ - коэффициент местного сопротивления.

Значения коэффициентов местных сопротивлений обычно имеются в справочной литературе [4]. Средние скорости движения жидкости до и после местного сопротивления различны, и значение ζ для них также различно. При вычислениях ζ, потери в местном сопротивлении будем относить к кинетическому напору потока в узком сечении.

Величина местных потерь напора Δh_M равна разности пол­ных напоров жидкости до и после местного сопротивления. Полный напор потока жидкости:

H = h_c+h_υ (5.2)

где h_c - статический напор, h_c = z + p/(ρg); h_υ - скоростной напор, h_υ = υ² /(2g) (здесь принимаем коэффициент Кориолиса α = 1).

Таким образом, если перед i-м местным сопротивлением ве­личина полного напора H_i', а после него H_i", то напор, потерянный в местном сопротивлении:

(5.3)

Поскольку в колене диаметр трубы одинаков на всем её про­тяжении, одинаковы и скоростные напоры до и после колена, поэто­му величина потерь напора в нём может быть вычислена как раз­ность статических напоров на входе и выходе.

Работа проводится на опытном трубопроводе (рис. 3.3), ко­торый включает в себя три вида местных сопротивлений: колено, резкое расширение и резкое сужение. На входе и выходе каждого из этих местных сопротивлений соответственно приварены штуцеры VII-X, связанные гибкими шлангами с пьезометрами VII-X.

Пьезометры IX и X показывают статический напор потока жидкости на входе и выходе из колена, X-VII - резкого расширения, а VII и VIII - резкого сужения потока. Все показания пьезометров записывают с точностью до миллиметра.

Расход жидкости определяется по расходомеру (мерной шайбе) и по показаниям пьезометров V и VI.

Порядок выполнения работы

Для определения коэффициентов местных потерь напора проводят четыре опыта. Перед каждым опытом руководитель лабо­раторной работой с помощью вентиля 10 (рис. 3.3) устанавливает расход жидкости в трубопроводе. После того, как режим движения жидкости в трубопроводе установится, снимают показания пьезо­метров с V по X.

Формулы и данные для вычислений

Потери напора между пьезометрами V и VI:

Δh = h_V — h_VI.

Расход жидкости в трубопроводе:

,

величину коэффициента С задает преподаватель или его принима­ют равным полученному в работе 3.

Средняя скорость в сечениях пьезометров VII-X:

где

- площадь указанных сечений трубопровода, м²; d_i - диаметр трубы в указанных сечениях, м (d₁= 0,084 м, d₂ = 0,094 м, d₃ = 0,054 м).

Скоростной (кинетический) напор в сечениях пьезометровVII-X:

Потери напора в колене h_к, с учётом того, что падение пол­ного и статического напора здесь одинаково, h_к=h_IX - h_X.

Полные напоры в сечениях пьезометра VII, VIII и X:

Потери напора при резком расширении

и резком сужении

.

Численные значения коэффициентов местных сопротивле­ний определяются по формуле (5.1):

в колене

в расширении

в сужении

По результатам трех опытов необходимо определить средне­арифметические значения

,

и

.

Опытные и расчетные величины

Номер

hV,

hVI,

Δh,

Q,

hVII,

hVIII,

hIX,

hX,

υ1,

υ2,

υ3,

hυ1,

hυ2,

опыта

м

м

м

м3/c

м

м

м

м

м/с

м/с

м/с

м

м

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

15

hυ3, м	HVII, м	HVIII, м	HX, м	hK, м	hp, м	hC, м
16	17	18	19	20	21	22	23	24	25