Құбырдағы гидравликалық кедергі коэффициентін анықтау.

1. Жұмыстың мақсаты:

Кедір-бұдырлық коэффициентін және құбыр өткізгіш ұзындығы бойынша гидравликалық кедергі коэффициентін тәжірибе жүзінде анықтау.

2.Жұмыстың мазмұны:

- құбыр өткізгіш ұзындығы бойынша меншікті гидравликалық энергия жоғалтуына әсер ететін негізгі факторларды анықтау;

- құбыр өткізгіш диаметрі, Рейнольдс саны, салыстырмалы кедір-бұдырлық және гидравликалық кедергі коэффициенті арасындағы өзара байланысты орнату;

- ламинарлы және турбулентті режим кезіндегі құбыр өткізгіштегі сұйықтық қозғалысының меншікті гидравликалық энергия жоғалтуларын анықтау;

- гидравликалық кедергі коэффициентін құбыр өткізгіш ұзындығы және кедір-бұдырлық коэффициенті бойынша тәжірибелік анықтаудың методикалық әдісімен танысу;

3. Жұмыстың орындалу тәртібі:

- берілген жұмыстың методикалық анықтамасы мен теориялық материалын оқып білу;

- бақылау сұрақтарына жауап беру;

- зертханалық жұмыстың орындалу тәртібі және сынау стендімен танысу;

- тәжірибе жүргізу;

- тәжірибе қорытындысын өңдеп, график немесе кесте түрінде көрсету;

- зертханалық жұмысты рәсімдеп қорғау;

4. Жұмыстың құрал - жабдықтары:

Зертханалық сынау стенді мен әдістемелік нұсқаулар.

5. Теориялық бөлім

Үйкеліс әсерінен болатын жоғалтулар немесе құбыр ұзындығы бойындағы энергия жоғалтулары- бұлар бірқалыпты ағыс кезіндегі тұрақты қималы түзу құбырларда пайда болады және құбыр ұзындығына пропорционалды өседі (1- сурет).

Бұл жоғалтулар түрлері сұйықтық қабаттары арасындағы үйкелістің және сұйықтықтың құбыр қабырғасына үйкелісіне байланысты пайда болады, сондықтан кедір-бұдырлы құбырларда ғана емес, сонымен қатар тегіс құбыр өткізгіште орын алады.

Құбыр өткізгіш ұзындығы бойындағы арынын жоғалтулар сынау кезінде көрсетілгендей, v сұйықтық қозғалысының орташа жылдамдығына, қиманың сызықтық өлшемдеріне (диаметр, радиус және т.б.), тұтқырлығына, тығыздығына және құбыр өткізгіш ұзындығы l мен көрсетілген құбыр қабырғасының кедір-бұдырлығына байланысты болады. Бұл тәуелділіктің функционалды түрі:

h _үйк=f(v,d, )

Арын жоғалтуды гидравликалық жоғалтудың жалпы формуласы бойынша көрсетуге болады:

h _үйк = ξ_үйкv²/2g, (1)

Бірақ ξ_үйк коэффициентін құбырдың салыстырмалы ұзындығымен l/d байланыстырған ыңғайлы.

Ұзындығы диаметріне тең болатын дөңгелек құбыр бөлігін қарастырайық және (Сур. 1) формуласына кіретін кедергі коэффициентін арқылы белгілейік. Сонда ұзындығы l және диаметрі d болатын құбырдың кедергі коэффициенті l/d есе артық болады.

Сурет 1 – Дөңгелек құбыр бөлігі

Нәтижесінде (1) формуласы мына түрге келеді:

(2)

немесе қысым бірлігінде

(3)

мұндағы - сұйықтықтың меншікті салмағы.

(2) тәуелділігі Дарси формуласы деп аталады.

өлшеусіз коэффициентін үйкеліс кезіндегі энергия жоғалту коэффициенті немесе үйкеліс кедергісінің коэффициенті дейді.

Оны бір жағынан арын жоғалту мен үйкеліс арасындағы пропорционалдық коэффициент арқылы, бір жағынан құбырдың салыстырмалы ұзындығының туындысы мен жылдамдықты арын арасындағы пропорционалды коэффициент ретінде қарастыруға болады.

Еркін үстіңгі қабаты бар құбыр өткізгіш үшін немесе арынсыз ағын үшін үйкеліс коэффициенті

(4)

Мұндағы R_г- гидравликалық радиус. Дөңгелек қималы құбыр өткізгіш үшін R_г=d/4.

Егер с= болса, онда

, (5)

Мұндағы С- Шези коэффициенті, құбыр өткізгіш қабырғасының кедір-бұдырлық қасиетін көрсетеді.

(2.5) теңдігін жылдамдыққа қатысты және i=hүйк/l (гидравликалық еңіс) белгілеуін енгізе отырып шешсек, онда

V=С (6)

Гидравликалық еңіс құбыр өткізгіштің бірлік ұзындығындағы энергия жоғалтуын көрсетеді.

Құбыр (канал) қабырғалары бетінің кедір-бұдырлы қасиеті әр түрлі болады. Кедір-бұдырлық дөңес биіктігін әрпімен белгілейік. Әдетте -ны абсолютті кедір-бұдырлық дейді, ал оның құбыр радиусына қатынасы салыстырмалы кедір-бұдырлық деп атайды. ( )

Кедір-бұдырлыққа кері шама салыстырмалы тегістік деп аталады(r/ ).

Есептеулерді жеңілдету мақсатында эквивалентті кедір-бұдырлық kэ ұғымы енгізіледі, онда құбыр өткізгіштегі арын жоғалтулары нақты біртекті емес кедір-бұдырлықтағыдай болады.

Кесте 1- Қолданылуы әр түрлі құбыр өткізгіш үшін k_э мәндері.

№ ПП	Құбыр өткізгіш сипаттамасы	Мағынасы kэ ·10³
1	Жаңа бүтін тартылған түсті материалды құбыр үшін	0,01-0,02
2	Жаңа бүтін тартылған болат материалды құбыр үшін	0,05-0,15
3	Қолдануда болған бүтін тартылған құбыр үшін: 1) аз уақыт пайдаланылған (3...5жыл) 2) ұзақ уақыт пайдаланылған	0,2-0,5 0,5-2,0
4	Шойын құбырлар үшін: 1) жаңа 2) қолдануда болған	0,3-0,4 1,0-3,0

Ламинарлы қабат қалыңдығымен абсолют кедір-бұдырлық ара қатынасына байланысты гидравликалық тегіс және кедір-бұдырлы құбыр өткізгіш ажыратылады.

Егер ламинарлы қабат құбыр қабырғасындағы дөңес кедір-бұдырларды толық жабатын болса, онда құбыр өткізгіш гидравликалық тегіс деп саналады ( ). Егер де болса, құбыр өткізгіш гидравликалық кедір-бұдырлы болып есептеледі. Жалпы жағдайда =f(Rе; k_э/d) Рейнольдс саны мен салыстырмалы кедір-бұдырлық функциясы болып табылады.

Үйкеліс коэффициентін анықтайтын келесідей тәуелділіктер бар.

а) Rе<10 - гидравликалық тегіс құбыр өткізгіш үшін

(Блазиус формуласы) (7)

б) 10 < Rе < 500 - коэффициент λ = f(R_е; к_э/d);

(Альтшул формуласы) (8)

в) - гидравликалық кедір-бұдырлы құбыр өткізгіш

(Шифринсон формуласы) (9)

Кедір-бұдырлық коэффициенті Махлинч формуласымен анықталады.

C=

бұдан