ЛР3

Казанский государственный технологический университет

Кафедра ПАХТ

Лабораторная работа №3

Определение потерь напора в прямой цилиндрической трубе

Казань – 2008

Цель работы: 1) определение потерь напора непосредственно из опыта при различных скоростях движения воды;

2) определение потерь напора по длине расчетным путем; 3) сравнение полученных опытных значений с вычисленными.

Описание установки: (рисунок на последней странице) установка состоит из центробежного насоса 14, бака 1, трубопровода, включающего прямую горизонтальную круглую стальную трубу 2, регулировочных задвижек 11 и 13. Потери напора в трубе измеряются дифференциальным манометром 4, присоединенным к начальному и конечному сечениям исследуемого участка трубы с помощью пьезометрических колец и импульсных трубок. Расход протекающей через трубопровод воды регулируется задвижкой 11 и определяется с помощью водомера 3 и секундомера.

Сущность работы: гидравлические потери напора по длине (путевые потери) при течении жидкости в прямой трубе обусловлены трением слоев жидкости друг о друга и о стенки канала и определяются по формуле Дарси-Вейербаха:

Где - величина потерянного напора на прямом участке трубопровода длиной , м; - внутренний диаметр трубы, м; - средняя скорость потока, м/с; - коэффициент гидравлического трения.

Как показывают опыты, коэффициент гидравлического трения зависит от численного значения критерия Рейнольдса и относительной шероховатости стенки трубы, т.е.: . Здесь где - абсолютная шероховатость, т.е. средняя высота неровностей на стенке трубы. Значение коэффициента определяется обычно по эмпирическим формулам, полученным для различных областей сопротивления по кривой Никурадзе.

1. Для ламинарного режима течения, Re<2320, коэффициент для всех труб независимо от их шероховатости определяется из точного решения задачи о ламинарном течении жидкости в прямой круглой трубе по формуле Пуазейля:

.

2. В узкой области 2320<Re<3000 наблюдается скачкообразный рост коэффициента трения. Эта область характеризуется неустойчивым характером течения. Здесь вероятнее турбулентный режим и правильнее всего использовать формулу для области 3, но можно воспользоваться тривиальной формулой:

3. В области гидравлически гладких труб при толщина ламинарного слоя у стенки больше абсолютной шероховатости стенок . Влияние выступов шероховатости, омываемых безотрывным потоком, практически не сказывается, и коэффициент сопротивления вычисляется на основании обобщения опытных данных по эмпирическим соотношениям по формуле Блаузиуса:

.

4. В диапазоне чисел Рейнольдса наблюдается переходная область от гидравлически гладких труб к шероховатым. Коэффициент сопротивления в этом случае рассчитывается по формуле Альтшуля:

5. При толщина ламинарного слоя у стенки достигает своего минимального значения. Коэффициент сопротивления рассчитывают по формуле Шифринсона:

Порядок проведения опытов: открывается задвижка 13 и закрывается задвижка 11. При условии наличия воды в баке 1 пускается насос. Полностью открывается задвижка 11. Измеряется разность давлений по дифманометру 4, время прохождения определенного объёма воды, указанного преподавателем и измеренного водомером 3. С помощью ртутного термометра измеряется температура воды.

Следующие опыты проводят при меньших расходах в той же последовательности. Об изменениях расхода можно судить по показаниям дифманометра. Разница показаний дифманометра от опыта к опыту должна быть достаточно заметной. Всего проводится 4-5 опытов.

Таблица измеренных и рассчитанных величин:

№	Па	м	V, л	t, с	, м³/с	м/с	Re		м
1	10	0,0010	100	200	0,5	0,22	10153	0,036	0,0066
2	80	0,0081	100	47	2,12	0,93	42923	0,031	0,1013
3	200	0,0204	100	28	3,57	1,56	72000	0,029	0,2667
4	380	0,0387	100	21	4,76	2,08	96000	0,029	0,4742
5	500	0,0510	100	18	5,56	2,43	112153	0,029	0,6472
6	610	0,0622	100	16	6,25	2,73	126000	0,029	0,8168
7	770	0,0785	100	14	7,14	3,12	144000	0,029	1,0669
8	870	0,0888	100	13	7,69	3,36	155076	0,029	1,2373

Расчёты:

Рассчитаем для всех опытов:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Рассчитаем теперь объёмный расход воды:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Живое сечение потока

Рассчитаем скорость потока:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Рассчитаем коэффициент Рейнольдса:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Рассчитаем коэффициент гидравлического трения:

1)

2)

3) Для последующих опытов, значение данного коэффициента будет таким же, как и для опыта 3.

Рассчитаем значение потерь напора по длине:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Вывод: в результате проделанной работы, мы определили потери напора непосредственно из опыта при различных скоростях движения воды. Также мы рассчитали значение расчётным путем и сравнили его с опытными данными.

7