Лабораторная работа № 3 Определение коэффициентов местных сопротивлений

3.1. Цель работы

В данной лабораторной работе экспериментально изучается один из видов потерь энергии жидкости при её движении – потери напора в местных сопротивлениях.

В качестве местных сопротивлений выбраны наиболее часто встречающиеся в повседневной жизни местные гидравлические сопротивления:

- кран шаровой;

- поворот трубы;

- внезапное расширение – сужение потока (внезапное изменение площади поперечного сечения трубопровода).

Проведение опытов, связанных с данной темой, даёт возможность ознакомится с методикой экспериментального определение коэффициентов местных сопротивлений. При выполнении работы следует обратить особое внимание:

- на то, что в случае квадратичной области сопротивления значения коэффициентов местных сопротивлений не зависят от средней скорости течения жидкости;

- на структуру основных расчётных формул и размерность всех величин, входящих в эти формулы.

В задачу данной работы входит также сравнение опытных и теоретических значений коэффициентов местных сопротивлений.

3.2. Общие сведения

Потери напора на преодоление местных сопротивлений являются составной частью общих потерь напора h_пот, учитываемых при составлении уравнения Бернулли (2.6).

При течении вязкой жидкости на участке, на котором имеется некоторый конструктивный элемент, происходит изменение вектора средней скорости. Обычно причиной изменения средней скорости является изменение площади сечения потока или изменение направления движения жидкости. Во многих случаях при прохождении жидкости через конструктивные элементы поток отрывается от стенок, при этом образуются циркуляционные зоны и интенсивное вихреобразование с последующим гашением вихрей в толще потока, усиливаются пульсации скоростей в турбулентном потоке. В результате этих явлений часть напора затрачивается на преодоление сопротивлений движению жидкости, возникающих в результате работы сил трения внутри вязкой жидкости. Часть механической энергии при этом переходит в тепловую и рассеивается в пространстве.

Местные потери напора, обусловленные различными местными сопротивлениями, определяются по формуле Вейсбаха:

h_м = ζ_м , (3.1)

где	ζм (дзета) – безразмерный коэффициент соответствующего местного сопротивления; V – средняя по живому сечению потока скорость до или после местного сопротивления, м/с.

На коротких участках потока (в местах расположения различных местных сопротивлений) происходят изменения кинематических параметров. В пределах таких участков движение жидкости считается неравномерным. Поэтому пъезометры устанавливаются в сечениях, где движение равномерное или плавно изменяющееся. Установка пъезометров непосредственно перед изучаемым конструктивным элементом или за ним не даёт правильных результатов. Это хорошо видно на рис. 10, где величины составляющих полного напора Н (пъезометрическая высота ; скоростная высотаи местная потеря напораh_м) имеют действительные значения только на некотором расстоянии от самого сопротивления.

Численные значения ζ_м для разного вида местных сопротивлений были найдены экспериментальным путём. Значения ζ_м приводятся в справочной литературе. В общем случае ζ_м зависит от:

– вида местных сопротивлений (сужение, расширение, поворот трубы и т.д.)

– числа Рейнольдса (т.е. от рода жидкости, геометрических размеров и формы поперечного сечения потока).

Необходимо отметить, что большинство коэффициентов местных сопротивлений при напорном движении в трубах не зависят от числа Рейнольдса при Re > (10³ … 10⁴). При мéньших значениях чисел Рейнольдса коэффициенты ζ_м обычно увеличиваются с уменьшением Re.

Рассмотрим некоторые случаи местных сопротивлений, изучаемых в данной работе.