Порядок выполнения работы

1. Убедиться, что лабораторная установка подготовлена к работе:

• в питательный бак залита дистиллированная вода;

• все краны закрыты.

2. Вставить ключ и включить «КВ», АВ1, АВ2.

3. Полностью открыть краны З-2 и З-7.

4. Включить насос.

5. Провести измерения расхода воды и давления с помощью системы контроля и управления, контроллера ЭЛБК-1 и блока снятия и сохранения данных с ЖК сенсорным экраном. Для этого выполнить следующие действия:

1. нажать кнопку «ВК2»; при этом на дисплее высвечивается рабочий стол с установленным ярлыком программы;

2. открыть программу «Гидравлические процессы»; все необходимые сенсорные кнопки для управления процессами и получения показателей представлены на панели этого окна;

3. для получения показателей расхода прикоснуться к кнопке «Расход»;

4. для начала работы секундомера прикоснуться к кнопке «Пуск»; соответственно, остановить – кнопкой «Стоп»; обнулить табло – «Сброс».

5. значение расхода воды через датчик ПРЭМ и расходомер Вентури выражено в ; пересчитать значение расхода в и записать в отчет;

6. значение давления воды (прикоснуться к кнопке «Датчик 1») в патрубке (широкой части) расходомера Вентури, выраженное в ; пересчитать значение давления в Па () и записать в отчет;

7. значение давления воды в горловине (узкой части) расходомера Вентури выражено в ; пересчитать значение давления в Па () и записать в отчет.

6. 2 – 3 раза повторить измерения, уменьшая расход воды через расходомер Вентури при помощи крана З-2 и выполняя операции д), е) и ж) пункта 5.

7. Рассчитать значение первой постоянной расходомера . При выполнении расчетов принять следующие значения:

1. диаметр

2. диаметр

3. плотность воды.

8. Данные измерений и результаты расчетов занести в таблицу, примерный вид которой приведен ниже:

Таблица 1. Результаты тарировки расходомера Вентури

№ №п/п	Показания датчиков давления,		Действительный расход воды, ,	Расчетный расход воды, ,	Коэффициент расхода	Вторая постоянная

Значение первой постоянной =………

9. По результатам измерений и расчетов сделать выводы.

10. По завершении работы выключить насос, закрыть краны, выключить «ВК1». Нажатием кнопки «ВК2» выключить блок снятия и сохранения данных с ЖК сенсорным экраном.

Контрольные вопросы

1. Принцип работы расходомера Вентури.

2. Устройство расходомера Вентури.

3. Первая и вторая постоянная расходомера Вентури.

4. Как определяется действительный расход жидкости?

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ МЕСТНЫХ

И ПУТЕВЫХ ПОТЕРЬ НАПОРА

Цель работы

Экспериментальное определение потерь напора по длине.

Задание

Определить коэффициенты гидравлического трения в трубопроводе при различных скоростях движения жидкости; установить зависимость потерь напора по длине трубопровода от средней скорости движения жидкости.

Теоретические основы

Основным законом гидродинамики является уравнение Бернулли для потока реальной (вязкой) жидкости:

(8)

где – геометрическая высота, или геометрический напор (удельная потенциальная энергия положения) для сечений 1-1 и 2-2, соответственно;

и – пьезометрическая высота, или пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия давления) для соответствующих сечений потока;

и – скоростная высота, или скоростной напор (удельная кинетическая энергия) для сечений 1 – 1 и 2 – 2, соответственно;

– потери полного напора, или гидравлические потери (потери удельной энергии на трение и на преодоление различных препятствий);

и – безразмерный коэффициент (коэффициент Кориолиса), учитывающий неравномерность распределения действительных скоростей по сечению потока;

– ускорение свободного падения.

Для наиболее часто встречающегося в практике турбулентного потока жидкости можно принять . В этом случае уравнение Бернулли для потока реальной жидкости принимает вид:

(9)

Рис. 4. Графическая иллюстрация потерь напора по длине трубопровода

Потери напора (удельной энергии), или, как их часто называют, гидравлические потери зависят от формы, размеров и шероховатости русла (трубы), а также от скорости течения и вязкости жидкости.

Полные потери напора определяются как сумма двух видов потерь напора:

(10)

где – местные потери, характеризующие затраты энергии на преодоление местных сопротивлений (измерительной, запорной или регулирующей арматуры, поворотов, внезапного сужения или расширения трубопровода и т.п.);

– потери напора по длине, характеризующие затраты энергии на внутреннее трение в жидкости и трение жидкости о стенки трубопровода.

Потери напора в трубопроводе определяют либо экспериментальным методом с использованием уравнения (9), либо аналитическим путем (при проектировании трубопроводов).

Рассмотрим экспериментальный метод определения потерь напора по длине трубопровода. В данной лабораторной работе изучаются и рассматриваются потери напора по длине горизонтально расположенного трубопровода постоянного сечения без наличия местных сопротивлений . Это означает, что и, а. В этом случае уравнение (9) можно переписать в виде:

(11)

Но и , где и – показания пьезометров, расположенных в сечениях 1-1 и 2-2, соответственно. Следовательно,

(12)

где – разность уровней жидкости в пьезометрах.

Аналитический метод расчета потерь напора по длине трубопровода заключается в следующем. Потери на трение по длине – это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения, т.е. при равномерном течении возрастают пропорционально длине трубы:

(13)

где – длина прямолинейного участка трубопровода; – диаметр трубопровода; – безразмерный коэффициент гидравлического трения по длине (коэффициент Дарси). Формулу (13) обычно называют формулой Дарси-Вейсбаха. Коэффициент гидравлического трения определяется, в общем случае, режимом движения жидкости, т.е. числом Рейнольдса Re и относительной шероховатостью внутренних стенок трубопровода ε: λ = f(Re, ε). В свою очередь, ε = Δ/d, где Δ – абсолютная эквивалентная шероховатость стенок трубы (средняя высота выступов шероховатости). Значения Δ для некоторых труб приведены в таблице 2:

Таблица 2. Значения эквивалентной шероховатости

Типы труб	∆, мм
Трубы тянутые, из стекла, пластика и цветных металлов	0,01…0,02
Трубы тянутые стальные бесшовные новые	0,01…0,02
Трубы тянутые стальные бесшовные после нескольких лет эксплуатации	0,15…0,3
Трубы тянутые стальные бесшовные после длительной эксплуатации	0,5…2,0
Трубы чугунные новые	0,2…0,5
Трубы чугунные бывшие в эксплуатации	0,5…1,5

В лабораторной установке для изучения потерь напора по длине используется модульная пластиковая трубка внутренним диаметром d = 13 мм = 0,013 м и длиной L = 1,4 м. При выполнении расчетов величину относительной шероховатости трубки можно принять ε ≈ 0,001. Часто применяемая в расчетах величина d/Δ =1/ε ≈ 1000 (для данной лабораторной установки). Коэффициент гидравлического сопротивления определяется двумя факторами - значением числа Рейнольдса и шероховатостью поверхности трубопровода. В связи с изменением характера течения при изменении критерия Рейнольдса изменяются также и зависимости для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления. Каждая из расчетных зависимостей применима лишь в соответствующей области значения критерия Рейнольдса. На практике пользуются несколькими записями расчетных формул, наиболее распространенные из которых сведены в таблицу 3.

Зная геометрические размеры трубопровода (L, d), материал трубы и степень ее износа, среднюю скорость движения жидкости (V) и её свойства (ρ, υ), можно по формуле Дарси – Вейсбаха (6) рассчитать потери напора по длине.

Таблица 3. Формулы для расчета коэффициента гидравлического

трения

Формула	Область применения по критерию Рейнольдса	Область применения для данной установки
λ=64/Re	Re<2320	Re<2320
Формула Блазиуса λ=0,32/Re0.25	Re<20·d/∆	Re<20000
Формула Альтшуля λ=0,11·(ε+68/Re)0.25	20·d/∆<Re<500·d/∆	20000<Re<500000
Формула Мурина	Re>500·d/∆	Re>500000