Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии. Учебно-методическое пособие
.pdf
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОТЕРЬ
ЭНЕРГИИ ОТ ПАРАМЕТРА РЕЙНОЛЬДСА ПРИ РАВНОМЕРНОМ
НАПОРНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ
Цель работы: Ознакомление с методикой получения,
обработки и обобщения опытных данных для исследования
зависимости при установившемся равномерном
напорном движении жидкости в прямом трубопроводе
постоянного сечения.
Потеря напора по длине потока выражается уравнением
,
где – коэффициент потерь энергии при равномерном
движении жидкости (коэффициент гидравлического трения);
и – внутренний диаметр и длина трубопровода;
и – средняя скорость движения жидкости и ускорение
свободного падения.
Экспериментальная установка, рис. 6, включает
трубопровод 1 (исследуемый участок потока длиной );
напорный резервуар 6, уровень в котором поддерживается
постоянным; мерный резервуар 4 для измерения расхода воды
объемным способом; регулировочные вентили 3 и 5 для
возможности изменения расхода воды и дифманометр 2 –
прибор для измерения потерь энергии при различных
расходах воды.
Эксперимент включает 10 - 12 опытов, отличающихся
друг от друга значением расхода. В каждом опыте
необходимо измерить высоту столба воды в дифманометре,
как разность показаний в левой и правой
трубках
21
прибора, и измерить объем воды в мерном резервуаре за
выбранный интервал времени . Результаты измерений
заносят в таблицу «Результаты измерений и вычислений»
бланка лабораторной работы.
Рисунок 6. Установка для определения потерь энергии в напорном
потоке при равномерном движении жидкости
На основании результатов измерений и исходных
данных из паспорта установки последовательно определяют:
1) потерю напора по длине потока
2) расход воды
3) среднюю скорость
4) число Рейнольдса
5) коэффициент потерь энергии
;
;
;
.
;
Для обобщения опытных данных строят график зависимости
22
.
Общий вид искомой зависимости
,
где и – константы, которые необходимо определить из
графика.
Потенцируя эту зависимость, получают следующий вид
эмпирической формулы
.
На логарифмическую сетку, представленную в бланке
лабораторной работы, наносят опытные точки с
координатами и (количество точек - по числу опытов).
Получают полосу рассеянных точек. Указанный выше график,
занимающий среднее положение между опытными точками,
будет прямой линией. Таким образом, среди полосы
рассеянных точек необходимо провести осредненно прямую,
которая может иметь различный наклон к оси абсцисс.
Для того, чтобы определить показатель степени ,
необходимо на логарифмическом графике наметить возможно
дальше друг от друга две точки и , измерить вертикальное
и горизонтальное расстояния между ними и вычислить
первую константу, как тангенс угла наклона прямой к оси
абсцисс
.
23
Значения , и заносят в соответствующие графы
таблицы «Обобщение опытных данных способом избранных
точек».
Затем определяют по графику координаты намеченных
точек и записывают в соответствующие графы той же
таблицы как и , и
. С помощью уравнения
искомой зависимости определяют
и путем потенцирования находят константу . Для проверки
действия производят с координатами обеих точек и .
Принимают
.
И окончательно записывают искомую эмпирическую
формулу
,
подставляя вместо многоточия найденные значения констант
и .
Обобщая опытные данные приведенным
графоаналитическим способом, следует стремиться к
возможно более точному построению логарифмического
графика.
Необходимо также учитывать, что найденная
зависимость имеет конкретные пределы применимости,
которые можно выразить с помощью чисел Re.
24
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРА РЕЙНОЛЬДСА НА
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ
НЕРАВНОМЕРНОМ НАПОРНОМ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ
Цель работы: Овладение методикой экспериментального
определения местных потерь напора
характера зависимости местных потерь напора
, исследование
от расхода
потока , а также характера влияния параметра Рейнольдса
на коэффициент местных потерь напора .
Неравномерному напорному течению жидкости
сопутствуют дополнительные потери напора на трение,
называемые условно местными потерями, которые
вычисляют по уравнению
, (5.1)
где – средняя скорость движения потока в трубе;
– ускорение свободного падения.
Данное учебное исследование проводится на установке,
представленной на рис. 7.
Установка состоит из:
- трубопровода 2 с рядом местных сопротивлений: отводами 4
и 12 на 1800 и 900 соответственно, запорными устройствами 8,
9 и 10;
- напорного резервуара 3, в котором поддерживается
постоянный уровень воды, благодаря чему движение
жидкости в трубопроводе установившееся;
- регулировочных вентилей 1 и 6 для изменения значения
расхода в трубе;
25
- мерного резервуара 7 для измерения расхода воды
объемным способом;
- дифманометров 11 для определения потерь напора на
исследуемых участках трубопровода.
Рисунок 7. Установка для определения потерь энергии в напорном
потоке при неравномерном движении жидкости
Основные экспериментальные данные должны быть
получены для одного из запорных устройств или одного из
отводов при 8 - 10 различных расходах воды. В эксперименте
задействуют два участка трубопровода:
1. Первый участок с неравномерным движением
жидкости, длиною . На нем расположено местное
сопротивление, например, вентиль 8. На этом участке
определяют общие потери напора
(суммарные на
трение по длине и в вентиле) с помощью
26
дифманометра как разность показаний в левой
правой
трубках прибора
и
;
2. Второй участок с равномерным движением жидкости,
также длиною . На этом участке с помощью
дифманометра определяют потери напора на трение
как разность показаний в левой
и правой
трубках прибора
.
Поскольку длины исследуемых участков одинаковые и
опыт происходит при прочих равных условиях, местные
потери напора в вентиле
потерь и потерь по длине
можно найти как разность общих
на названных участках
.
Для определения значений расхода в опытах
используют объемный способ. Перенаправив поток воды в
мерный резервуар, одновременно засекают по секундомеру
время. По истечении назначенного промежутка времени
замеряют объем воды в мерном резервуаре. Объем делят на
время и находят расход
.
Далее определяют среднюю скорость потока как
отношение расхода в опыте к площади живого сечения
27
.
Значение параметра Рейнольдса находят по формуле для
трубопроводов
.
Выразив значение коэффициента местных потерь напора
из уравнения (5.1), можно получить формулу для его
определения, учитывая, что значение
было найдено
опытным путем
.
Результаты расчетов последовательно заносят в таблицу
«Результаты измерений и вычислений».
Далее на основании результатов расчетов строят
графики исследуемых зависимостей.
Первый график представляет собой гидравлическую
характеристику изучаемого запорного устройства
. Чтобы понять, какой вид имеет эта зависимость,
выразим в уравнении (5.1) скорость через расход
.
Из последнего выражения следует, что график данной
зависимости – это парабола, проходящая через начало
координат. Для построения которой после выбора масштаба
необходимо нанести на чертеж опытные точки с
координатами и , получив поле рассеянных точек.
28
Параболу следует проводить осредненно среди поля
рассеянных точек.
Второй график . Для его построения точки с
координатами и наносят на логарифмическую сетку в
бланке лабораторной работы, получив полосу рассеянных
точек. График этой зависимости представляет собой прямую
линию, которая может иметь различный наклон к оси
абсцисс. Прямую проводят осредненно среди полосы
рассеянных точек, аналогично тому, как это делали в
лабораторной работе №4.
29
Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА
ШЕРОХОВАТОСТИ СТЕНОК БЕТОННОГО КАНАЛА ОТ
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАДИУСА
Цель работы: В рамках данной лабораторной работы
необходимо определить опытным путем величину
коэффициента шероховатости для открытого канала,
выполненного из бетона, при различных расходах воды, а
следовательно, при различных размерах живых сечений, и
сопоставить полученные значения с табличной величиной
(
бетонной поверхности
в зависимости от состояния затертой
).
Экспериментальная установка и проведение опыта
Схема лабораторной установки приведена на рис. 8.
Работа проводится в гидравлическом лотке, представляющем
собою канал прямоугольного поперечного сечения 1.
Внутренняя поверхность стенок и дна канала покрыта
цементной штукатуркой. Канал достаточно большой длины и
имеет постоянный уклон, а также постоянную форму и
размеры поперечного сечения по всей длине. Благодаря этому
в канале имеет место равномерное движение. Все измерения
необходимых для расчета отметок дна и свободной
поверхности потока производятся с помощью мерной иглы,
смонтированной на специальной тележке 7 по оси канала.
Тележка имеет возможность перемещаться вдоль лотка по
рельсам, расположенным горизонтально.
Вода подается в лоток из напорного бака по трубе 4, на
которой установлено суживающее устройство 5 в виде
диафрагмы, служащее для измерения расхода воды. Величина
перепада давлений до и после диафрагмы пропорциональна
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]