5.3. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 35 [7].

Для определения коэффициента гидравлического трения используется горизонтальный трубопровод 1 постоянного диаметра 0,0147 м, в который посредством насоса подается вода из напорного бака. Установка оборудована вентилями 2 и 3 (для регулирования расхода протекающей по трубопроводу воды) и мерной емкостью 5 с открывающимся при помощи рычага 7 дном 6. Для измерения разности давлений в сечениях I и II, расположенных друг от друга на расстоянии 1,37 м, установлен дифференциальный манометр 4, представляющий собой два пьезометра, соединенных вверху между собой. Продувочные краны 8 и 9 предназначены для вывода воздуха из системы.

а) положение продувочных кранов при продувке; б) рабочее положение кранов

1 – трубопровод; 2, 3 – вентили; 4 – дифференциальный манометр; 5 – мерная емкость; 6 – дно мерной емкости; 7 – рычаг; 8, 9 – продувочные краны

Рисунок 35 – Схема лабораторной установки

Исходным уравнением для определения потери напора по длине является уравнение Бернулли, записанное для участка трубопровода между сечениями I и II:

Для горизонтального участка трубопровода постоянного проходного сечения ( и ) уравнение Бернулли примет вид:

или ,

где и − пьезометрические высоты (уровни жидкости соответственно в левом и правом коленах дифференциального манометра).

Подставляя в последнее уравнение формулу Дарси – Вейсбаха (11), получим:

.

Отсюда . (12)

Таким образом, для опытного определения коэффициента гидравлического трения в данном случае достаточно измерить показание дифференциального манометра и найти среднюю скорость движения воды в трубопроводе .

5.4. Порядок выполнения опытов

1. Проверить закрытие всех вентилей на лабораторной установке.

2. При помощи рычага 7 открыть дно 6 мерной емкости 5.

3. Включить насос установки, открыть вентили 2 и 3 и подать воду в трубопровод.

4. Продувочные краны 8 и 9 поставить в положение ''продувка''.

5. Убедившись в отсутствии пузырьков воздуха в трубках дифференциального манометра и на выходе из сливной трубы продувки, поставить краны 8 и 9 в рабочее положение.

6. С помощью вентилей 2 и 3 установить определенный расход воды, ориентируясь по показанию дифференциального манометра 4.

7. Добиться установившегося движения воды в трубопроводе и снять показания и дифференциального манометра.

10. Закрыть дно 6 мерной емкости 5 и по секундомеру определить время t ее наполнения.

11. Открыть дно мерной емкости.

12. Опыты повторить несколько раз при различных расходах воды.

13. Определить коэффициент кинематической вязкости , м²/с в зависимости от температуры жидкости (см. приложение Б).

14. Результаты замеров занести в таблицу 5.2.

5.5. Обработка опытных данных

1. Определить объемный расход жидкости Q, м³/с, по формуле

,

где V – заполняемый объем мерной емкости, м³;

t – время заполнения мерной емкости, с.

2. Определить среднюю скорость движения жидкости в сечении трубопровода по формуле

,

где – площадь сечения трубопровода, м².

3. Определить опытное значение коэффициента гидравлического трения по формуле (12).

4. Определить число Рейнольдса по формуле .

5. По величине числа Рейнольдса установить режим движения жидкости в трубопроводе и область гидравлического сопротивления (см. таблицу 5.1).

6. Определить расчетное значение коэффициента гидравлического трения по формулам (см. таблицу 5.1) для стальных труб, находившихся в эксплуатации (абсолютная шероховатость внутренней поверхности трубопровода = 0,4ּ10⁻³ м).

7. Сопоставить опытное и расчетное значение и определить относительную погрешность ּ100 %.

8. Результаты расчетов свести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2

№ опыта	, м	, м	, м	t, с	Q, м3/с	, м/с	Re			××100%
1
2
3