Лабораторная работа № 5 определение потери напора в прямой трубе

1. Сущность и цель работы

Потеря напора по длине трубы определяется по формуле Дарси – Вейсбаха

, (1)

где l – длина трубы;

d – диаметр трубы;

V – средняя скорость;

l – коэффициент гидравлического сопротивления трения (коэффициент Дарси).

В общем случае

(2)

где D – абсолютная шероховатость, n – кинематический коэффициент вязкости жидкости.

При расчетах сначала определяют область гидравлического сопротивления, затем выбирают расчетную формулу.

Вид функции (2) впервые был установлен опытами Никурадзе, выполненными для плотной, однородной, равномерной шероховатости из песка, нанесенной на внутреннюю поверхность круглых труб.

Были определены следующие области сопротивления:

1) область ламинарного течения Re < 2320.

Расчетная формула Пуазейля

; (3)

2) первая переходная область 2320< Re < 4000 от ламинарного режима к турбулентному.

Расчетная формула

(4)

3) область гидравлически гладких поверхностей 4000< Re < 20

Расчетная формула Блазиуса

(5)

4) область доквадратичного сопротивления (II переходная область) 20< Re < 500.

Расчетная формула Кольбрука-Уайта

, (6)

или Альтшуля А.Д.

; (7)

5) область квадратичного сопротивления Re > 500

Расчетная формула Никурадзе

, (8)

или формула Шифринсона

. (9)

Коэффициент сопротивления lв этой области обычно имеет значенияl= 0,02…0,05.

Целью настоящей работы является:

1. Определение потери напора h_l при движении воды расчетным путем по формуле Дарси – Вейсбаха и опытным путем по показаниям пьезометров.

2. Сравнение полученных результатов и определение погрешности опыта.

2. Описание установки

Напорный бак 1 (рис. 8) присоединен к водопроводной сети 2 с помощью крана К₁. Труба 3 соединяет напорный бак с канализацией, предохраняя его от переполнения. Две горизонтально расположенные трубы 4 и 5 одинакового диаметра (d₁=d₂=20 мм) сделаны из разных материалов имеющих разную величину эквивалентной шероховатости (Δ=0,02 мм и Δ=0,2 мм). На конце каждой из этих труб установлены регулировочные краны К₂ и К₃, позволяющие изменять расход воды. Бак 6 имеет перегородку, которая делит его на два отсека С и М (сливной и мерный).

Рис. 8

В зависимости от положения гибкого шланга, надетого на трубу, поток из трубы направляется либо в сливной С, либо в мерный М отсек бака. Количество воды в мерном отсеке определяется с помощью водомерного стекла 7. На стенде над трубами расположена панель измерительных инструментов 8, на которой расположены пьезометры, измеряющие потери напора h_l на соответствующих рабочих участках трубы l_АВ на трубе 4 и l_A’B’ на трубе 5.

3. Порядок выполнения работы.

Испытания проводить отдельно для трубы 4, затем для трубы 5.

1. Установить постоянный напор в баке 1 (), регулируя расход в трубе кранами(или) и краномна входе в напорный бак.

2. Определить потери напора по разности показаний пьезометров: , на участке путим.

3. Определить расход воды Q, замеряя его объемным методом,

,

где t – время заполнения объема W мерного бака 6.

4. Определить среднюю скорость живого сечения

,

где – площадь живого сечения.

5. По измеренной температуре T в мерном баке 6 определить коэффициент кинематической вязкости (см. табл. 7) и вычислить число Рейнольдса:

.

Таблица 7

tо С	10	12	14	16
n, м2/с	1,31 10–6	1,24 10–6	1,20 10–6	1,12 10–6
tо С	18	20	22	24
n, м2/с	1,06 10–6	1,007 10–6	0,96 10–6	0,92 10–6

6. Определить область сопротивления, приняв D₁ = 0,02 мм при испытании трубы 4, или в D₂ = 0,2 мм при испытании трубы 5.

7. Определить коэффициент Дарси l по (3)… (9) в зависимости от области сопротивления.

8. Определить h_lрасч по формуле Дарси-Вейсбаха (1).

9. Определить относительную погрешность опыта

. (10)

10. Занести данные в таблицу 8

Таблица 8

№ опыта

h1

h2

W

t

Q

V

n

Re

l

Область сопротивления

hlрасч

hlоп

dh

м

м

м3

с

м3/c

м/с

м2/с

м

м

%

1

2

3

4