10844

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. К. Битюрин, М. А. Янченко, А. С. Золявин, Н. К. Драгунов, А. С. Мейеров

ГИДРАВЛИКА

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Гидравлика» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и

природопользование, профиль Природопользование

Нижний Новгород

2016

УДК 532 (76)

Битюрин А. К. / Гидравлика [Электронный ресурс]: учеб. -метод. пос. / А. К. Битюрин, М. А. Янченко, А. С. Золявин, Н. К. Драгунов, А. С. Мейеров; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т – Н. Новгород : ННГАСУ, 2016 – 56 с. – 1 электрон. опт. диск (СD-RW)

Учебно-методическое пособие содержит рекомендации и указания к выполнению лабораторных работ.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ по дисциплине «Гидравлика» по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование.

© А. К. Битюрин, М. А. Янченко, А. С. Золявин, Н. К. Драгунов, А. С. Мейеров

© ННГАСУ, 2016.

4

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО КУРСУ ГИДРАВЛИКИ

5

ТРУБОПРОВОДЕ

6

Введение

В учебно-методическом пособии приведена методика экспериментального определения гидравлического коэффициента трения в трубопроводе.

Потери напора по длине в трубах круглого сечения могут быть вычислены по формуле Дарси-Вейсбаха [1]

напора при движении жидкости, является гидравлический коэффициент трения λ ,

от правильности выбора величины которого зависит точность гидравлических расчетов.

При ламинарном режиме движения величина гидравлического коэффициента

трения может быть вычислена теоретически.

Для круглых труб коэффициент гидравлического трения может быть

изменяются числовые коэффициенты в числителе. Например, при ламинарном

режиме движения в квадратной трубе λ = 57 .

Re

В отличие от ламинарного режима, при котором формула (1) для гидравлического коэффициента трения λ была получена теоретически, при

7

турбулентном режиме для получения расчетных формул приходиться опираться на экспериментальные данные.

В инженерных расчетах приходится встречаться с естественной шероховатостью поверхности (рисунок 1), имеющей выступы неодинаковой высоты, формы и плотности расположения по поверхности трубы. Поскольку количественный учет всех этих факторов затруднен, то в экспериментальных исследованиях и гидравлических расчетах пользуются фиктивной, так называемой эквивалентной шероховатостью, которую оценивают некоторой средней высотой уступов ЭКВ (рисунок 2), определяемой экспериментально.

Рисунок 1 – Естественная неоднородная шероховатость

Рисунок 2 – Эквивалентная однородная шероховатость

Эквивалентная шероховатость – это искусственная равномерная

шероховатость с такой высотой (диаметром) зерен, при которой в области квадратичного сопротивления (где λ зависит только от шероховатости и не зависит от числа Рейнольдса Re ) значение коэффициента трения λ равно его значению при естественной шероховатости.

Расчетные формулы для турбулентного режима предусматривают в общем виде зависимость гидравлического коэффициента трения λ от числа Рейнольдса Re

и относительной шероховатости ЭКВ d

8

Иногда используется обратная величина относительной шероховатости,

называемая относительной гладкостью d .

ЭКВ

В турбулентном потоке непосредственно у стенок образуется тонкий слой жидкости, называемый ламинарной пленкой, движение в котором ламинарное.

Турбулентное движение занимает центральную часть поперечного сечения, образуя турбулентное ядро. Толщина ламинарной пленки с увеличением числа Рейнольдса

(следовательно, скорости) уменьшается.

Если толщина ламинарной пленки будет больше величины шероховатости

(δ > ) , то все неровности полностью погружены в нее и жидкость плавно обтекает выступы шероховатости (рисунок 3). В этом случае шероховатость стенок не влияет на характер движения и соответственно на потери напора и стенки называются гидравлически гладкими.

Если толщина ламинарной пленки δ < (рисунок 4) неровности выходят за пределы пленки, в турбулентное ядро, и в этом случае на потери напора начинает влиять шероховатость и такие трубы называются гидравлически шероховатыми.

Рисунок 3 – Гидравлически гладкие трубы

Рисунок 4 – Гидравлически шероховатые трубы

9

При турбулентном режиме движения коэффициент λ зависит от числа

Рейнольдса и относительной шероховатости стенок трубы ЭКВ . d

Различают три области сопротивления: 1. Область гладких труб когда λ = f (Re ) .

Все формулы для определения гидравлического коэффициента трения λ

можно подразделить на два вида: которые действительны только для отдельных областей сопротивления и универсальные пригодные для любой области сопротивления. Эти формулы приводятся в гидравлических справочниках.

Практически удобной для расчетов является универсальная формула (4) А.Д.

Альтшуля для стальных труб промышленного изготовления с естественной шероховатостью и график Г.А. Мурина (рисунок 5), дающий зависимость

10

Рисунок 5 – График зависимости коэффициента λ от числа Рейнольдса Re и

относительной гладкости d

ЭКВ