Потери энергии в трубопроводах гидросистем

Федеральное Агентство по образованию

Томский политехнический университет

Кафедра АРМ

Лабораторная работа на тему:

«ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПО ДЛИНЕ В ТРУБОПРОВОДАХ ГИДРОСИСТЕМ»

Выполнили: студенты гр.4А34

Путятина Е. О.

Балглей Н. А.

Голышева А. С

Проверил: преподаватель

асс. Слупсктй Н.В

Томск 2006г.

Лабораторная работа:

Потери энергии по длине трубопровода гидросистем.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.Экспериментально определить потери энергии в трубопроводе характеризующиеся коэффициентом Дарси при различных скоростях движения жидкости.

2. Сравнить полученные расчеты и экспериментальным путем и построить графики .

Общие сведения

При течении жидкости в трубопроводах гидравлических систем существуют два режима – ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим – слоистое течение жидкости без пульсаций скорости потока.

Турбулентный режим характеризуется интенсивным перемешиванием слоев и наличием пульсации скорости потока.

Ламинарный режим течения на практике встречается редко, в основном, при движении очень вязкой жидкости, при движении жидкости с очень маленькой скоростью и течении жидкости в щелях и капиллярных трубках.

Турбулентный режим наблюдается значительно чаще, в частности, при течении жидкости в трубопроводах гидросистем.

Критерием режима течения жидкости является безразмерная величина, представляющая собой отношение произведения средней скорости потока V, на диаметр d трубопровода к кинематической вязкости жидкости .

Эта величина носит название критерия Рейнольдса и обозначается Re.

(1)

Экспериментально установлено, что ламинарный режим устойчив, в случае когда

При Re>2320 режим течения жидкости в трубопроводах – турбулентный.

Переход от ламинарного режима к турбулентному зависит (помимо V, d, ) от ряда дополнительных факторов, таких как, возмущений, создаваемых источником питания, о шероховатости стенок трубопровода, о вибрации трубопроводов и ряда других факторов.

Потери энергии определяются потерями напора и зависят от режима течения жидкости в трубопроводах гидросистем.

В общем случае потери энергии на трение вычисляются по следующей зависимости, называемой формулой Дарси.

, (2)

где - безразмерный коэффициент сопротивления, который определяется следующей формул:

(3)

С учетом (3) зависимость (2) перепишется в следующем виде:

, (4)

где – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);

l – длина трубопровода;

d – внутренний диаметр;

V – средняя скорость потока.

Коэффициент является безразмерной величиной, зависящей от режима течения жидкости и шероховатости трубопровода.

В общем виде (Re, пограничная геометрия).

Различают четыре области сопротивления трубопровода, в которых изменения имеет свои закономерности. Хотя граница между этими областями довольно размыта.

Первая область.

.

Эта область связана с тем, что поток жидкости ламинарный. То есть Re<2330.

Здесь определяется по теоретической формуле Пуазейля:

(5).

Вторая область.

,

где - шероховатость.

Эта область турбулентного режима с гидравлически гладкими трубами. Здесь поток в трубопроводе турбулентный, но у стенок сохраняется слой жидкости, в пределах которого остается ламинарным (рис.1). Величина толщина ламинарного подслоя, может быть определена по следующей зависимости:

(6).

В этой области коэффициент может быть определен по одной из многих эмпирических зависимостей, например, предложенной Блазиусом:

(7).

Третья область.

Эта переходная область от гидравлически гладких труб к квадратичной области.

Здесь . Выступы микронеровностей стенок выступают как препятствие, увеличивая турбулентность, а следовательно, и сопротивление движению потока. В этой области определяется также по многочисленным эмпирическим формулам, например, зависимости Мизеса:

(8).

Четвертая область.

Область гидравлически шероховатых труб или квадратического сопротивления.

В этой области , не зависит от скорости, а зависит от Re и . Потери энергии пропорциональны квадрату скорости и определяется по формуле Никурадзе:

, (9)

где и – величины, зависящие от вида шероховатости;

R – гидравлический радиус трубопровода.

Гидравлический лабораторный стенд

1 – насос;

2 – предохранительный клапан;

3, 4 – манометры и ;

5 – трубопровод;

6 – дроссель;

7 – бак.

Схема стенда.

,

где и - показания манометров и ;

- удельный вес рабочей жидкости;

Учитывая зависимость (4), получим:

отсюда

.