Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплофизика. Лабораторный практикум
.pdf
ствуют непосредственно с турбулентным ядром потока, мо-
2
1
2 lg 1,74
2
d
λ=
+
∆
лекулярные механизмы переноса импульса перестают быть
лимитирующими, и величина λ перестает зависеть oт числа
Re и определяется только относительной шероховатостью
трубы. Среди эмпирических формул, хорошо описывающих
экспериментальные данные, пользуется популярностью
формула Никурадзе И.И.:
Из формул (2.1), (2.3), (2.5), (2.7) может быть получено,
что при ламинарном движении потери на трение пропорциональны скорости движения в первой степени, при турбулентном движении в гидравлически гладкой трубе – в степени 1,75, а при турбулентном движении в гидравлически
шероховатой трубе – квадрату скорости.
2.3. Описание лабораторной установки
Установка для определения гидравлического коэффициента тре ния состоит из двух металлических труб 1 и 2, параллельно подключенных к воздухопроводу (рис. 2.2).
Стальная труба 1 имеет внутренний диаметр 16 мм, длину исследуемого участка – 1345 мм и высоту выступов шероховатости – 0,5 мм, а латунная труба 2 имеет внутренний
диаметр 14 мм, длину исследуемого участка – 1230 мм и высоту выступов шероховатости – 0,05 мм.
Потеря давления по длине каждой трубы измеряется
с помощью жидкостных манометров 3. Воздух к установке
подается воздухонагнетателем (пылесосом), питание которого осуществляется через ЛАТР.
Расход воздуха определяется по значению перепада давления на измерительной диафрагме 4 (установленной перед
разветвлением, распределяющим воздух по исследуемым
трубам) с помощью жидкостного манометра 5.
. (2.7)
21
Рис. 2.2. Схема лабораторной установки
p∆
При проведении измерений на одной из труб открытый
конец вто рой трубы закрывается резиновой пробкой 6.
2.4. Порядок проведения работы
и указания по технике безопасности
1. По указанию преподавателя или лаборанта включить
воздухонагнетатель и поворотом ручки ЛАТРа установить
рабочее напряжение питания.
2. Одну из исследуемых труб отключить, устанавливая
резино вую пробку на ее открытом конце.
3. Измерить перепад давления на диафрагме (
с помощью U-образного манометра 5.
4. Измерить перепад давления
по длине трубы с помо-
щью U-образного манометра 3.
5. Перестановкой пробки 6 воздух направить во вторую
исследуемую трубу.
6. Снова выполнить замер перепада давления на диафрагме и потери давления по длине второй трубы.
7. По градуировочной кривой, закрепленной на стенде
лабораторной установки, на основании замеренных перепа-
диаф
p∆ )
22
дов давления на диафрагме определить расходы воздуха
V
i
Bt⋅
эксп
λ
ν
Re
в стальной и латунной трубах.
8. Записать барометрическое давление и температуру
воздуха в лаборатории.
Включение установки осуществляется только в присутствии лаборанта или преподавателя. Режим работы
устанавливается лаборантом или преподавателем. Запрещается перекрывать выход воздуха из установки!
2.5. Обработка результатов измерений
и расчеты
1. Определить средние скорости движения воздуха на основании величины расхода
градуировочной кривой измерительной диафрагмы и величины площади сечения каждой трубы (i = 1,2):
2. Определить плотность воздуха при данной температуре
t, °С и барометрическом давлении В, мм рт. cт.:
, м3/с, полученной с помощью
4
V
ud=
i
. (2.8)
2
π
ρ=ρ
0
= 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных ус-
где ρ
0
760 ( 273)
ловиях.
3. Определить экспериментальное значение гидравлического коэффициента трения
дой трубы.
4. Определить значение кинематического коэффициента
вязкости
при температуре t, °С по таблице, приведенной
в прил. 1.
Для каждой трубы выполнить пп. 5–9.
5. Вычислить значение критерия Рейнольдса по формуле
(2.3). Сравнить полученное значение
273
⋅+
23
, (2.9)
по формуле (2.2) для каж-
с величиной крити-
ческого числа Рейнольдса
н
кр
Re 2300=
Re 2300≤
λ
uδ
V
uV p
up
δδ δ
tδ
Bt
δρ δ δ
ρ+
эксп
2
3
.
2 273
pu
pu
pB t
p Bt
δλ δ δρ δ
=++ =
λρ
δδ δ
= ++
+
и определить режим
движения жидкости.
6. Если
дравлического коэффициента трения
если же
Re 2300>, то определить толщину вязкого подслоя
, вычислить расчетное значение ги-
по формуле (2.4);
расч
по формуле (2.5) и, сравнив полученное значение с предполагаемой высотой выступов шерохо ватостей для данной трубы
(см. прил. 2), выбрать для вычисления величины λ
расч
либо
формулу (2.6), либо (2.7).
7. Оценить погрешности вычисления dp и
, обусловленные неточностью измерений, исходя из следующих обстоятельств:
– погрешность определения статического давления
U-образным жидкостным манометром принимается равной
цене деления шкалы (10 Па);
– погрешности определения расхода жидкости и средних
по сечениям значений скорости тоже связаны с погрешностью определения перепада статического давления, но на ди-
афрагме, и, поскольку
– погрешность определения плотности газа обусловлена погрешностью измерения барометрического давления
Bδ (равной половине цены деления шкалы барометра) и по-
грешностью измерения температуры воздуха
ловине цены деления шкалы термометра)
Погрешность расчета λ
ляется выражением
~ p∆ , то
= =
1
2
V
(равной по-
= +
Bt
, в соответствии с (2.2), опреде-
эксп
24
;
.
273
Погрешность вычисления критерия Рейнольдса может
Re
Re
u
u
δδ
≈
( )
pδ
эксп
λ
быть оценена в пренебрежении погрешностью определения
коэффициента кинематической вязкости :
и использована при оценке погрешности расчетного значения гидравлического коэффициента трения:
расч
=
0,25 .
δλ
λ
Приведенные формулы позволяют оценить погрешности всех рассчитываемых величин на основании погрешностей измерений
ния и классом точности соответствующих измерительных
устройств.
8. Рассчитав λ
лают выводы о значимости различия величин
9. Если по заданию преподавателя измерения проводились при нескольких значениях расхода, повторить все расчеты для другого значения величины расхода воздуха, сделать вывод о влиянии числа Рейнольдса на величину
10. Оформить отчет по прилагаемой форме.
Re
δ
Re
δ
( )
Re
, tδ и Bδ, определяемых ценой деле-
, λ
эксп
при ламинарном режиме
;
Re
в гидравлически гладкой трубе
и погрешности их определения, де-
расч
λ и
расч
λ .
.
2.6. Форма отчета
Отчет по лабораторной работе 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА
ТРЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА В ТРУБЕ
Фамилия студента__________________группа________
Допуск:________Выполнение:________Защита________
Цель работы:
25
Схема установки:
V
u
Экспериментальные и расчетные данные:
Абсолютная
Труба Длина, мм Диаметр, мм
Стальная 1345 16 0,5
Латунная 1230 14 0,05
шероховатость,
мм
Барометрическое давление … мм рт. ст.
Температура воздуха … °С
Труба
Стальная
Латунная
Перепад давления
на диафрагме Dp
диаф
, Па
Оценка погрешностей измерения величин
Величина
Статическое
давление
Барометрическое
давление
Температура T °С
Обозна-
чение
р Па
B мм рт. ст.
Единица
измерения
абсолютная относительная
Обработка результатов эксперимента
Наименование
величины
Расход воздуха
Средняя скорость воздуха
Плотность воздуха
Кинематический коэффициент вязкости
воздуха
Обозна-
чение
ρ
ν
Единица
измере-
ния
м3/ч
м/с
кг/м
м2/с
Стальная труба Латунная труба
значе-
3
ние
погреш-
ность
Площадь сече-
ния, мм
Перепад давления
по длине трубы Dp, Па
Погрешность
значе-
ние
2
погреш-
ность
26
Наименование
величины
Число Рейнольдса
Толщина вязкого подслоя
Экспериментальное
значение гидравлического
коэффициента
трения
Расчетное
значение гидравлического
коэффициента
трения
Обозна-
чение
Re
d
вп
λ
эксп
λ
расч
Единица
измере-
ния
мм
–
–
Стальная труба Латунная труба
значе-
ние
погреш-
ность
значе-
ние
погреш-
ность
2.7. Контрольные вопросы
1. Чем обусловлено изменение статического давления
по длине прямолинейного горизонтального трубопровода постоянного сечения?
2. Под действием каких сил происходят потери механической энергии? В каком случае их называют потерями
на трение?
3. Может ли по длине трубы постоянного сечения быть
постоянным статическое давление?
4. Во сколько раз возрастут потери при двукратном увеличении расхода: а) в стальной трубе; б) в латунной трубе?
5. Как надо изменить условия опыта, чтобы стальная труба оказалась гидравлически гладкой? Чтобы латунная труба
оказалась гидравлически шероховатой? Всегда ли это возможно?
6. Какой вид имеет кривая, описывающая зависимость
перепада статического давления по длине трубы от расхода
жидкости в этой трубе?
27
7. Как распределится в данной установке расход воздуха
между латунной и стальной трубами, если обе трубы оставить открытыми? Как вычислить долю общего расхода воздуха для каждой трубы в этом случае?
8. Как в данной работе измеряется расход воздуха? Почему применяется именно такой способ?
9. Какие составляющие механической энергии могут переходить в потери?
10. Чему равны углы наклона линий на разных участках
графика И.И. Никурадзе?
Литература
Теплотехника металлургического производства. Т. 1: Теоретические основы: учеб. пособие для вузов / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. М.: МИСиС, 2002.
С. 118–125.
28
Лабораторная работа 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ
МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА В ТРУБЕ
3.1. Цель работы
Изучение различных видов местных сопротивлений. Экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений.
3.2. Основы теории и расчетные формулы
Местными сопротивлениями называются любые изменения размера или формы сечения трубопровода, а также его
изгибы или повороты на некоторый угол. Во всех этих случаях возникает дополнительный (по сравнению с прямолинейными участками) относительный сдвиг соседних слоев жидкости, приводящий к дополнительным потерям на трение;
в большинстве случаев образуются зоны вихревого движения
жидкости, в которых также происходит интенсивное рассеяние механической энергии в теплоту.
Рис. 3.1. Виды местных сопротивлений
На рис. 3.1 показан характер движения реальной жидкости при наличии местных сопротивлений, обусловленных
29
резким поворотом на 90° (а), внезапным сужением (б) и вне-
ρ
∆=ξ
2
м.с м.с
.
2
u
р
м.с
м.с
м.с
uuu= =
ij
∆
м.с
р
−
∆
тр
ij
р
запным расширением (в) трубопровода.
Потери энергии, возникающие в различных местных
сопротивле ниях, принято выражать в долях динамического
давления, Па:
(3.1)
Коэффициент пропорциональности в этой формуле
ξ
принято называть коэффициентом местного сопротивления. Удобство данного способа описания потерь энергии за-
ключается в том, что определенный таким образом коэффициент местного сопротивления
ξ зависит только от вида
местного сопротивления, но не зависит от свойств жидкости
(в отличие от величины потерь энергии на этом местном сопротивлении).
Для большинства видов местных сопротивлений величина коэффициента
ξ может быть определена только экспе-
риментально.
Опытное определение коэффициента местного сопротивления обычно осуществляется путем измерения с помощью
жидкостного манометра разности статических давлений
в двух сечениях i и j, между которыми находится местное сопротивление.
Если диаметр горизонтального трубопровода в сечениях i и j одинаков (например, если изучаемым местным
сопротивлением является поворот трубопровода на некоторый угол, или диафрагма, или задвижка), то одинаковы значения средней скорости жидкости в этих сечениях
(
ij
) и, как следует из уравнения Бернулли, записанного для горизонтального участка трубы (1.2), измеряемая
жидкостным манометром разность статических давлений
пот
Σ∆
представляет собой суммарные потери давления (
р ),
−
складывающиеся из потерь на преодоление собственно местного со противления (
ния на участке трубы между сечениями i и j (
) и потерь на преодоление сил тре-
):
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]