Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вказ.лаб.4-6 динамика.doc
Скачиваний:
7
Добавлен:
07.03.2016
Размер:
299.52 Кб
Скачать

Укладач А.О.Нестеренко

Відповідальний за випуск О.В.Замицький

Рецензент Ю.П.Квятковська

У методичних вказівках наведено мету, послідовність проведення й обробки результатів при виконанні наступних лабораторних робіт: лабораторна робота №4 “Дослідження гідравлічних опорів по довжині потоку в круглому трубопроводі”; лабораторна робота №5 “Визначення коефіцієнтів місцевих гідравлічних опорів”; лабораторна робота №6 “Дослідження коефіцієнтів витрати пристроїв, що звужують потік рідини ”. Наведена послідовність виконання розрахунків, деякі теоретичні положення, таблиці для внесення експериментальних та розрахункових величин, указані літературні та довідкові джерела, послідовність оформлення, а також надано питання для самоконтролю.

Розглянуто Схвалено

на засіданні кафедри на вченій раді

теплоенергетики електротехнічного факультету

Протокол № 2 від 14.11.2010 р. Протокол № 2 від 29.12.2010 р.

Лабораторна робота № 4 Дослідження гідравлічних опорів по довжині потоку в круглому трубопроводі

Мета роботи:

  1. Експериментально визначити величину коефіцієнта гідравлічного опору по довжині потоку при різних швидкостях руху рідини і встановити його залежність від числа Рейнольдса.

  2. Оцінити величину шорсткості трубопроводу експериментальної установки.

Література: [ 4 ],стор. 278-289; [ 5 ],стор. 48-66; [ 6 ],стор. 60-61, додаток 6.8 і 6.9.

Загальні положення

Під час руху реальної рідини на прямолінійних ділянках трубопроводів частина енергії потоку губиться, витрачаючись на долання сил тертя (внутрішнього і зовнішнього). Ці втрати енергії називаються гідравлічними витратами по довжині потоку і визначаються за формулою Дарсі - Вайсбаха:

. ( 4.1)

У цій формулі: λ – коефіцієнт Дарсі або коефіцієнт гідравлічного опору по довжині потоку (величина безрозмірна);

l – довжина трубопроводу, м;

d – внутрішній діаметр трубопроводу, м;

uср – середня швидкість потоку, м/сек.;

g – прискорення вільного падіння, м/сек2.

Витрати тиску по довжині потоку залежать як від режиму руху рідини, так і від шорсткості стінок трубопроводу.

Коефіцієнт гідравлічного опору для ламінарного режиму перебігу рідини визначається теоретично і не залежить від шорсткості стінок λ=ƒ(Re):

, ( 4.2 )

де Re – критерій Рейнольдса ( величина безрозмірна).

, ( 4.3 )

де ν – коефіцієнт кінематичної густини рідини, м2/сек ;

, ( 4.4 )

де Q – витрати рідини, м3/сек;

- площа «живого» перетину труби, м2.

При турбулентному режимі течії λ залежить від швидкості потоку uср і шорсткості стінок трубопроводу, ∆ мм.

При цьому для гідравлічно гладких труб λ=ƒ(Re) практично не залежить від ∆ і може бути розраховано за формулою Блазіуса:

. ( 4.5 )

Гідравлічно гладкими вважаються труби, у яких відносна шорсткість стінок =∆/d не перевищує граничної величини:

гр . ( 4.6 )

Для труб з помірною шорсткістю λ=ƒ(Re,∆) може бути розраховано за формулою Альтшуля:

, ( 4.7 )

де ∆ - абсолютна шорсткість стінок трубопроводу, мм.

При розвиненій шорсткості на коефіцієнт гідравлічного опору основний вплив чинить шорсткість стінок ( λ=ƒ(∆) ), для якого Нікурадзе отримав емпіричну залежність :

. ( 4.8 )

Необхідно відзначити, що формули ( 4.7 ) і ( 4.8 ) отримано для штучної, так званої “пісочної“ шорсткості. Експериментально встановлено, що в технічних трубах має місце “хвиляста“ шорсткість, яка при однакових величинах “пісочною“ шорсткістю приводить до збільшених значень коефі-

цієнта λ, залежно від Re і величини шорсткості.

На рис.4.1 наведені експериментальні дані для технічних труб, отри –

мані у ВТІ Г.А.Муріним, який виділяє три діапазони : І-й діапазон ламінарної течії, де коефіцієнт λ=ƒ(Re) і крива 1 співпадають з даними, розра хованими за формулою ( 4.2 ) ; І І – й діапазон помірної шорсткості. У цьому діапазоні коефіцієнт λ=ƒ(Re, ); його значення розташовані між кривою 2, яка відповідає гідравлічно гладким трубам, і практично співпадають з

даними, отриманими під час розрахунку за формулою( 4.5 ) коли Re ≤ 1∙105

і – умовною штриховою кривою 3 ; ІІІ – й діапазон розвиненої шорсткості, який розташований над кривою 3, у якому коефіцієнт λ=ƒ().

Для практичних розрахунків діапазон помірної шорсткості п допускається обмежити зверху пунктирною кривою 4, яка розташована над кривою 2 – гідравлично гладких труб, згідно з умовою :

пр п ≤8 ∙пр , ( 4.9 )

тоді формули ( 4.7 ) і ( 4.8 ) з поправочними коефіцієнтами можуть бути використані для розрахунків коефіцієнта λ технічних труб у діапазоні чисел Рейнольдса 4000 < Re ≤ 1∙107 .

Для діапазону помірної шорсткості :

, ( 4.10 )

де kп = 1,21 – поправочний коефіцієнт діапазону помірної шорсткості.

Для діапазону розвиненої шорсткості :

, ( 4.11 )

де kр – поправочний коефіцієнт діапазону розвиненої шорсткості (табл.4.1.)

Таблиця 4.1

р

1∙10-5

1 ∙ 10-4

1 ∙ 10-3

1 ∙ 10-2

5 ∙ 10-2

6 ∙ 10-2

7 ∙ 10-2

8 ∙10-2

kр

1,25

0,85

0,5

0,12

0,01

0

0,04

0,006

λр(ф.4.11)

0,009

0,014

0,022

0,037

0,074

0,08

0,09

0,1

Величина числа Рейнольдса, при якому відбувається зміна режимів руху рідини, називається критичним числом Рейнольдса – Reкр.

Під час руху рідини в круглому трубопроводі приймають Reкр =2300.

Таким чином, якщо отримана при розрахунках величина числа Рейнольдса менше критичного числа, тобто Re < Reкр – режим руху рідини ламінарний, а якщо Re > Reкр - режим руху рідини турбулентний.