3474

21

Рис. 13 Графики гидродинамических напорных линий (Лабораторная работа № 4)

22

Лабораторная работа № 5 Исследование потерь напора по длине

В данной работе измерения проводятся по двум пьезометрическим трубкам (П1 и П2), установленным в сечениях трубы на расстоянии 1 м друг относительно друга. Работа представляет интерес в плане усвоения закона сохранения энергии в технике, где в качестве рабочего тела выступает жидкость. При этом источником потерь напора жидкости выступают: силы вязкостного трения, силы трения о стенки сосуда и другие факторы, совокупность которых представляет собой путевые потери в исследуемой гидравлической системе.

Исходными данными лабораторной работы выступают: - показания пьезометров П1 и П2, см;

- разность уровней воды в баке, определяемая по мерному стеклу y ,

см;

- время изменения уровня воды в мерном баке τ , с;

-температура рабочей жидкости t, оС;

-площадь живого сечения трубы ω , м2. Дополнительные неварьируемые параметры:

-площадь зеркала воды мерного бака S = 0,05 м2;

-внутренний диаметр трубы d = 0,01 м;

-длина участка трубы между пьезометрами l = 1 м;

- шероховатость поверхности трубы =8 10 −5 м.

Рассмотрим величины, определяемые программой расчетным путем на рабочем листе (рис. 16).

Потери напора на исследуемом участке трубы определяются по форму-

ле

hW = (h1 − h2 ) 10−2 , м,

где h1, h2 – показания пьезометров П1 и П2, см.

Объем жидкости, прошедший через сечение трубы за определенный

промежуток времени, определяется формулой

W = S y 10−2 , м3,

где S – площадь зеркала воды в мерном баке, м2; y – разность уровней воды в баке, м.

Расход воды, движущейся по каналу, находится как

Q = Wτ , м3/с,

где τ – время изменения заданного уровня жидкости в мерном баке, с. Средняя скорость истечения воды в трубе определяется уравнением

V = ωQ , м/с,

где ω – площадь живого сечения трубки, м2.

23

ω = π 4d 2 , м2,

где d – внутренний диаметр трубы, м. Число Рейнольдса выражается формулой

Re = Vν d ,

где ν – коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры исследуемой жидкости t и определяется как

Экспериментальный коэффициент гидравлического трения определяется по формуле

где l – длина участка трубы между точками присоединения пьезометров П1 и П2, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Расчетный коэффициент гидравлического трения определяется эмпирическим путем и зависит от режима течения жидкости. В случае ламинарного течения воды он выражается

λР = Re64 .

Универсальной формулой по определению коэффициента гидравлического трения при любом режиме течения жидкости является формула Альтшуля

где – шероховатость внутренней стенки трубы, м.

На основании полученных результатов строятся графики экспериментального и расчетного коэффициентов гидравлического трения в зависимости от числа Рейнольдса (рис. 17), а также зависимости гидравлических потерь напора в зависимости от скорости истечения жидкости (рис. 18). На основе приведенных графиков можно сделать вывод, что с увеличением скорости истечения жидкости гидравлические потери возрастают, а коэффициент гидравлического трения уменьшается. Сходимость значений экспериментального и расчетного коэффициента гидравлического трения возникает лишь при значительной турбулентности потока.

24

Рис. 16 Рабочий лист лабораторной работы № 5

25

Рис. 17 Графики зависимости путевых потерь (Лабораторная работа № 5)

26

Рис. 18 Графики зависимости потерь напора и скорости истечения жидкости (Лабораторная работа № 5)

28

Re = Vν d ,

где ν – коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры исследуемой жидкости t:

где dД – внутренний диаметр отверстия в диафрагме, м.

На основании предложенных формул производится расчет основных показателей при течении жидкости по участкам трубы с различными видами местных сопротивлений (рис. 21).

По результатам вычислений производится построение графиков функций, представленных на рис. 22-24. Из расчета видно, что резкий поворот и диафрагма представляют собой обратные функции, которые имеют экстремумы при определенных режимах течения воды. Используя полученные графики, при заранее известных режимах работы рассматриваемых устройств, можно выбрать наиболее подходящее из них, в зависимости от того, какие необходимо получить потери в системе: наибольшие или наименьшие.

График расходной характеристики диафрагмы показывает нелинейность изменения расхода жидкости в зависимости от режима истечения жидкости. В свою очередь, графики пьезометрических напорных линий дают наглядную характеристику изменениям напора рассматриваемой системы в зависимости от вида используемых местных сопротивлений.

При подготовке к защите работы следует изучить ряд вопросов, касающихся понимания процессов, происходящих при истечении жидкости через местные сопротивления и характеризующих местные потери в гидроприводе.

29

Рис. 21 Рабочий лист лабораторной работы № 6

30

Рис. 22 Графики зависимости местных потерь (Лабораторная работа № 6)