- •Московский государственный университет путей сообщения (миит)
- •Лабораторная работа №1. Изучение состояния относительного покоя жидкости во вращающемся сосуде
- •Теоретические основы работы.
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов.
- •Эпюра поверхности вращения
- •Лабораторная работа №2 иллюстрация уравнения бернулли при установившемся движении жидкости в напорном трубопроводе
- •Теоретические основы работы.
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов
- •Лабораторная работа № 3 изучение режимов движения жидкости.
- •Теоретические основы работы.
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов.
- •Лабораторная работа №4 определение потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе
- •Потери напора по длине по длине трубопровода. Теоретические основы работы
- •Описание лабораторной установки.
- •Потери напора при внезапном расширении Основное содержание работы.
- •Порядок проведения измерений.
- •Обработка опытных данных.
- •Лабораторная работа №5 истечение жидкости через отверстия и насадки
- •Теоретические основы работы.
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов.
- •Учебно-методическое издание
- •127944, Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9. Типография миит
Порядок проведения опытов и обработка полученных результатов.
Рекомендуемый порядок эксперимента следующий.
Включить помпу. Установив по возможности малый расход в трубе и выдержав время, достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием вентиля начинают подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается, если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе. Меняя открытие вентиля нетрудно добиться наличия в трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком. Затем измеряется расход, после чего он увеличивается путем дополнительного открытия вентиля и после достижения установившегося режима опыт повторяется. Таких опытов производится несколько (5-6) вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномерно размывается по толще потока и становится невидимой. Расход воды в трубе измеряется весовым методом с помощью мерной кружки.
По результатам наблюдений следует определить критические значения чисел Рейнольдса.
Результаты измерений и наблюдений сводятся в Таблицу 3.1.
Таблицу 3.1.
№ режима |
Расход Q, м3/с
|
Средняя скорость V,м/с
|
Температура воды t, ОС |
Re - |
Визуальная структура потока |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение числа Рейнольдса рассчитывается по формуле (1), в которой средняя скорость воды определяется соотношением:
v = Q/f (м/с) (3.2)
где f- площадь "живого" сечения стеклянной трубки в [м2]
f=πd2/4(3.3)
Величина кинематического коэффициента вязкости воды в зависимости от ее температуры в напорном баке рассчитывается по эмпирической формуле Пуазейля в [см2/с]:
ν = 0,0178 / (1+0,0377 · t + 0,000221 · t2) (3.4)
Лабораторная работа №4 определение потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе
Цель работы: определение потерь капора по длине трубопровода и местных потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе.
Потери напора по длине по длине трубопровода. Теоретические основы работы
Различают потери напора по длине трубопровода и местные потери напора.
Потери напора по длине имеют место в прямолинейных трубопроводах и определяются затратами энергии на преодоление сил сопротивления, возникающих от трения потока жидкости в пристенном слое трубопровода.
На участках трубопровода, где имеются повороты, расширения или сужения канала, установлены диафрагмы, заслонки, вентили, сетки и т.п. возникают местные потери капора, которые определяются в основном затратами энергии на создание вихрей с последующим переходом кинетической энергии их вращения в тепло под действием сил внутреннего трения.
Потери напора по длине hLпри движении вязкой жидкости в прямолинейном трубопроводе с поперечным сечением круглой формы определяются по формуле:
hL = λ (L/d) (v2/2g)(4.1)
где λ - коэффициент гидравлического сопротивления канала; L- длина прямолинейного участка трубопровода в м;d-диаметр круглого трубопровода в ,м;V- средняя скорость жидкости в сучении трубопровода, м/с ,g=9,81 м/с2– ускорение свободного падения.
При Re< 2300, т.е. в области ламинарного течения жидкости, значения коэффициентов гидравлического сопротивления в круглом трубопроводе определяются по формуле
λ = 64 / Re (4.2)
Re= v ·d/ν - критерий Рейнольдса; ν – кинематическая вязкость жидкости (м2/с). В этом случае потери напора по длине грубы пропорциональны первой степени скорости v .
В области ламинарного режима течения значения коэффициентов гидравлического сопротивления λ не зависят от величины выступов шероховатости ∆.
При величине критерия Рейнольдса более 4000 режим течения в круглых трубах становится турбулентным.
В области 2300 < Re< 4000 режим течения жидкости в трубах является переходным.
Число Re, соответствующее началу перехода режима течения из ламинарного в турбулентный зависит от параметров шероховатости стенок трубы. При турбулентном режиме течения непосредственно у стенки трубы формируется ламинарный подслой толщиной δ. Трубы считаются гидравлически гладкими, если величина выступов шероховатости ∆ меньше δ. Для гидравлически гладких труб при турбулентном режиме течения жидкости в диапазоне 2300<Re<3.106справедлива формула Конакова:
λ = (1,8 · lgRe – 1,5) -2 (4.3)
Для 4000 < Re < 105коэффициент гидравлического сопротивления может быть определён по более простой зависимости Блазиуса:
λ = 0,3164 · Re-0,25 (4.4)
При течении жидкости в шероховатых трубах различают две области турбулентного течения. В первой области ( величина критерия Рейнольдса до 1,5.105) величина λ зависит как от шероховатости трубы, так и от величиныRe. Примерами расчётных зависимостей может служить формула Френкеля:
λ = {-2·lg0,27(∆/d) + (6,81 / Re)0,9}-2 (4.5)
Для больших значений Reи при турбулентном течении жидкости в трубах с большой шероховатостью стенки (v·∆/ν > 1260) наблюдается так называемая квадратичная область течения, в которой коэффициент гидравлического сопротивления зависит только от шероховатости стенки канала. В этом случае коэффициент гидравлического сопротивления может быть определён по формуле Теплова
λ =(1,8 lg(d/∆) + 1,65)-2 (4.6)
Местные потери напора рассчитываются по формуле:
hм = ξ (v2/2g) (4.7)
где ξ - коэффициент местного сопротивления,
v- скорость движения жидкости за местным сопротивлением.
Коэффициенты местных сопротивлений определяются опытным путем. При решении инженерных задач для их расчета используют справочные данные, справедливые для конкретных видов сопротивления. Например, местное сопротивление ξ при внезапном сужении течения изменяется в пределах от 0,5 до-0,15 при изменении отношения f1/f2от 0,1 до 0,8, где -f1площадь "живого" сечения в узкой части потока, а -f2площадь "живого" сечения в широкой части потока. При течении потока через сетку значение ξ изменяется в пределах от 1,0 до 5,0 в зависимости от ее конструкции. При плавном закруглении на угол 90околена трубы диаметромdи радиусом закругленияRзначения ξ изменяются в пределах от 0,13 до 1,98 при измененииd/Rот 0,2 до 2,0.