3.3 Описание опытной установки

Лабораторная установка (рисунок 3.1) включает напорный резервуар, трубопровод (с прозрачным участком – для визуального наблюдения), сосуд с красителем, мерный бак.

Сосуд с красителем закреплен с помощью штатива на стенке напорного резервуара и снабжен трубкой для подачи красителя в движущийся в трубопроводе поток воды. Расход задается регулирующим вентилем и определяется с помощью мерного бака.

3.4 Порядок выполнения работы

а) напорный резервуар заполняют водой (до уровня сливной трубы, а сосуд – красителем);

б) открытием регулирующего вентиля в трубопроводе устанавливают расход, при котором имеет место ламинарное течение.

Наблюдения за характером движения жидкости осуществляют, вводя в поток краситель.

Для данного режима определят время заполнения мерного бака и температуру воды;

в) постепенно увеличивая расход воды, устанавливают переходный режим (по началу разрыва окрашенной струйки), а затем – турбулентный. Для каждого нового режима производят указанные в п. б измерения.

5. Обработка опытных данных

- по объему воды W, поступившему в мерный бак за время Т, вычисляют расход Q = W/Т и затем среднюю скорость  = Q/ (где  - площадь поперечного сечения стеклянной трубы);

- по температуре воды t (в С) определяют кинематический коэффициент вязкости  (в см²/с)

 = ; (3.2)

- по известным , d,  вычисляют для каждого опыта значение Re.

Данные измерений и результаты вычислений заносят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Определение режима движения

Режим движения жидкости	Данные измерений			Данные вычислений
	W, л	Т, с	t, С	Q, л/c	, м/с	, м2/с	Re

3.6 Анализ результатов. Выводы по работе

Приводится анализ визуальных наблюдений за характером движения жидкости при различных режимах. Отмечается значение критического числа Рейнольдса для опытной установки и результаты расчетного определения режима.

Контрольные вопросы

1. Какие режимы течения жидкости вы знаете?

2. Поясните методику опытного определения режима течения.

3. В чем принципиальное отличие турбулентного режима от ламинарного?

4. Как находится режим течения расчетным путем?

5. Дайте определение критического числа Рейнольдса.

6. Приведите примеры технических систем (устройств), в которых имеет место: а) ламинарный режим; б) турбулентный режим.

Лабораторная работа №4 определение коэффициента гидравличсекого трения

4.1 Общие сведения

Равномерно движущийся в трубе (канале) поток жидкости теряет часть энергии вследствие трения о поверхность трубы, а также внутреннего трения в самой жидкости. Эти потери носят название потерь напора по длине потока или потерь напора на трение.

В соответствии с уравнением Бернулли потери напора по длине горизонтальной трубы постоянного диаметра

h_дл = , (4.1)

где – пьезометрические напоры в рассматриваемых сечениях.

Опыты показывают, что потери напора по длине пропорциональны безразмерному коэффициенту , зависят от длины l и диаметра d трубопровода, средней скорости движения . Указанная зависимость устанавливается известной формулой Дарси-Вейсбаха

h_дл = . (4.2)

Коэффициент , характеризующий сопротивление трения, в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы /d (здесь  - абсолютный размер выступов шероховатости). Однако влияние этих величин на коэффициент  при ламинарном и турбулентном режимах различно.

При ламинарном режиме шероховатость не оказывает влияния на сопротивление трения. В этом случае  = f(Re) и расчет выполняют по формуле

 = 64/Re. (4.3)

При турбулентном режиме влияние Re и /d обусловлено значением числа Рейнольдса. При сравнительно малых Re, также как и при ламинарном режиме, коэффициент  является функцией только числа Рейнольдса Re (область гидравлически гладких труб). Для расчета здесь применимы формулы Г. Блазиуса при Re10⁵:

 = 0,316/Re^0.25, (4.4)

и формула г.К. Конакова при Re 310⁶:

 = . (4.5)

В диапазоне умеренных чисел Рейнольдса  = f(Re,) и хорошее совпадение с опытом дает формула А.Д. Альтшуля:

 = 0,11(4.6)

При достаточно больших значениях Re (развитый турбулентный поток) влияние вязкого трения несущественно и коэффициент  = f(/d) – так называемая область вполне шероховатых труб. В этом случае расчет можно выполнить по формуле Б.Л. Шифринсона:

 = 0,11. (4.7)

Приведенные выше и другие известные эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения получены путем обработки экспериментальных графиков. Сравнивая результаты вычисления  по этим формулам с опытными значениями, можно оценить достоверность проводимых опытов.