Тема III. Гидравлические сопротивления в трубах Работа №4. Определение коэффициента сопротивления трения по длине трубы

1. Основные положения

При движении жидкости в трубопроводах или открытых каналах происходят потери напора (энергии) на преодоление сил трения о стенки трубы или канала. Различают потери напора двух видов: потери по длине потока и местныеh_м .

Суммарные потери при движении потока складываются из потерь напора по длине и местных потерь на рассматриваемом участке пути. Потери напора учитываются четвертым членом уравнения Бернулли, и во всех гидравлических расчетах определение потерь напора является основной задачей:

₍₁₎

Если труба расположена горизонтально (рис. 6) и диаметр ее от сечения I-I до сечения II-II не меняется, то и.

Рис. 6. Схема установки.

Тогда:

, (2)

где - пьезометрические напоры в сеченияхI-I и II-II.

Потери напора по длине потока при любом режиме движения жидкости определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

₍₃₎

где - коэффициент сопротивления трения единицы относительной длины трубы (длины в один диаметр);

-длина участка трубы, на котором определяют потери, см;

d - диаметр трубы, см;

- средняя скорость, см/с;

g - ускорение силы тяжести, см/с² /

При ламинарном режиме движения жидкости коэффициент зависит только от физических свойств движущейся жидкости и не зависит от рода поверхности стенок трубы. Для ламинарного режима :

при . (4)

Для определения коэффициента при турбулентном режиме, движения существует большое число эмпирически формул. В настоящее время выяснены области применения этих формул:

1-я область - гидравлически гладких труб ,

формула Блазиуса:

, при . (5)

2-я область переходная ,

формула Альтштуля:

, при , (6)

где: - абсолютная шероховатость (средняя высота выступа шероховатости);

d -диаметр трубы.

3-я область - гидравлически шероховатых труб или квадратичная область сопротивления (потери напора пропорциональны квадрату средней скорости) формула Шифринсона:

, при ₍₇₎

Опытным путем определяем из формулы Дарси-Вейсбаха:

. (8)

2. Цель работы и описание установки

1. Определение экспериментальным путем коэффициента сопротивления трения - при различных значениях числаR_е.

2. Сравнение значений коэффициентовопределенных опытным путем и вычисленным по соответствующим эмпирическим формулам.

Опытная установка для определения коэффициента состоит из следующих основных элементов (рис. 6.): напорного бака 2, в котором поддерживается постоянный горизонт воды, горизонтальной прямой трубы 4 постоянного диаметра, двух пьезометров 3 и 5, вентиля 6, регулирующего подачу и скорость движения воды в трубе, мерного бака 7.

Замер давления на трубопроводе производится в 4-х точках по сечению трубы. Этим достигается более точное определение среднего по сечению давления.

Потери напора на трение по длине трубы измеряются пьезометрами 3 и 5.

Расход определяется объемным способом.

Температура воды измеряется термометром 1.

3. Порядок проведения опытов

1. Включается насос, заполняется напорный бак, открывается вентиль 6 и по трубопроводу пропускается некоторый расход воды.

2. Следят за тем, чтобы из пьезометров при работающей установке удалился воздух; проверяется нулевое положение уровней в пьезометрах.

3. Прикрытием вентиля создается минимальный расход. Приводится в готовность мерный бак.

4. Измеряется расход мерным баком 7. Определяется время наполнения бака t и количество поступившей в бак воды V .

5. Одновременно с определением расхода определяется перепад давлений по пьезометрам 3 и 5.

6. Измеряется температура воды t⁰С

7. Пункты 4 к 5 выполняются для максимального расхода.