2. Основные вопросы теории по теме работы.

Потери напора по длине трубы, их природа. Распределение скоростей и касательных напряжений по поперечному сечению трубы при ламинарном и турбулентном режимах. Особенности течения при турбулентном режиме. Формулы потерь напора на трение по длине трубы: Пуазейля, Дарси. Коэффициент сопротивления трения по длине при движении жидкости. Понятие о гидравлически «гладких» и «шероховатых» трубах. Абсолютная и относительная шероховатость. График Никурадзе. Формулы расчета коэффициента гидравлического сопротивления трения и границы их применения. Формула Шези. Определение коэффициента Шези.

Литература: [3, с.57-67], [5, с. 100-143], [6, с.44-45, 46-53], [8, с.66-67, 76-82], [14, с.129-181].

3. Описание лабораторной установки.

Установка (рис. 6.1) состоит из водонапорного бака 1, уровень воды в котором поддерживается постоянный, и горизонтальной трубы 2, разделенной на два участка – А и Б. Первый участок А, длиной 296 см, имеет нормальную шероховатость стенок. Второй, конечный участок Б – участок повышенной шероховатости, созданной искусственно – наклеиванием зерен песка на внутренние стенки трубопровода. Длина участка Б – 26 см.

В начальных и конечных сечениях опытных участков установлены пьезометры. Трубопровод заканчивается краном 3, с помощью которого можно изменять расход воды в трубопроводе.

Для измерения расхода служит мерная емкость 4.

При проведении опытов необходимы следующие принадлежности: термометр – 1 шт., мерная емкость – 1 шт., секундомер – 1 шт.

Рис. 6.1. Схема лабораторной установки [13]

4. Порядок проведения опытов.

1. Открывается задвижка 5 на подающем трубопроводе.

2. Открытием крана 3 в конце опытного трубопровода устанавливается произвольно некоторый расход воды.

3. Фиксируются показания пьезометров и одновременно производится измерение расхода объемным способом. Для этого по секундомеру отмечается время наполнения мерной емкости .

Поскольку участок трубы с повышенной шероховатостью (Б) является продолжением участка нормальной шероховатости, то расход воды по обоим трубам один и тот же.

4. Концевым краном 3 изменяется расход воды в опытном трубопроводе и повторяются измерения пьезометрических высот и расхода.

5. Замеряется температура воды в мерном баке.

Все данные измерений заносятся в табл. 6.1.

5. Обработка экспериментальных данных.

Обработка опытных данных ведется в определенной последовательности:

1. По измеренным пьезометрическим высотам вычисляются путевые потери на участках трубопровода по формуле.

2. По измеренному расходу определяется средняя скорость потока на опытных участках трубопровода , где расходопределяется в процессе опытов объемным способом:.

3. Определяется опытное значение коэффициента гидравлического сопротивления трения , из формулы, гдепринимается по результатам опытов.

4. Для сопоставления полученного значения для трубы нормальной шероховатости с расчетным значением определяют по расчетным зависимостям:

• для турбулентного режима в гидравлически гладких трубах (выступы шероховатости меньше толщины ламинарного слоя) при по формуле Блазиуса;

• при квадратичном законе сопротивлений () по формуле Никурадзе;

• при любых значениях числа Рейнольдса по формуле Альтшуля .

При этом число Рейнольдса равно , где– кинематический коэффициент вязкости жидкости (смотри лабораторную работу № 3).

5. Определение опытных значений коэффициента Шези и коэффициента шероховатости ведется в следующем прядке:

• гидравлический радиус определяется по формуле ;

• гидравлический уклон на каждом участке трубопровода определяется по зависимости ;

• скоростной множитель определяется из формулы Шези;

• коэффициент шероховатости стенок трубы определяется из формулы акад. Павловского.

6. Для построения графика напоров, т. е. напорной и пьезометрической линий, по участкам трубопровода необходимо выбрать один из опытов и в масштабе отложить по вертикали значения всех величин, входящих в уравнение Бернулли, предварительно вычислив для каждого сечения:

• скоростной напор ;

• пьезометрический напор ;

• полный гидродинамический напор .

Результаты всех вычислений вписываются в таблицу обработки опытных данных (табл. 6.1).

Масштабы длин и напоров выбираются так, чтобы получить более крупный график.