3. Описание экспериментальной установки

Установка (рис.9) представляет собой трубопровод (1), состоящий из ряда участков с различными диаметрами и местными сопротивлениями в виде вентилей, сужений, расширений и т.д. В начале и в конце участков установлены штуцеры, к которым с помощью резиновых трубок подключаются пьезометры. Для удобства отчетов все пьезометры монтируются на общем щите (2).

Рис 9

Движение воды по трубопроводу осуществляется под напором, для чего трубопровод подключен к напорному баку (3). В конце трубопровода установлен сбросный кран, которым можно регулировать расход воды , протекающей по трубопроводу. Для измерения расхода используется водомер (4). Схема трубопровода приведена на рис. 10.

1-2 - 390 6-7 - 20 11-12 - 180

2-3 - 40(10+30) 7-8 - 280 12-13 - 40

3-4 - 260 8-9 - 20 13-14 - 550

4-5 - 60(10+40+10) 9-10 -180 14-15 - 20

5-6 - 280 10-11 - 60(10+40+10) 15-16 - 180

d₁=5.0

d₂=7.5

d₃=10,0

( все размеры в см )

Рис10

4. Порядок проведения работы

Открытием сбросного крана в конце трубопровода устанавливается некоторый расход воды, величина которого определяется с помощью водомера.

Одновременно с измерением расхода записываются показания пьезометров в см.

5. Обработка опытных данных

Расход воды в трубопроводе определяется по формуле:

, (3)

где - объем воды, фиксируемый стрелкой водомера;

- время по секундомеру.

k – масштабный коэффициент =3,75.

Для построения диаграммы необходимо в каждом сечении, где установлен пьезометр, иметь значение членов и .

Так как значение получаются непосредственно из опытов, остается вычислить лишь значение скоростного напора . Для этого необходимо знать величину средней скорости в сечениях трубопровода, которая определяется по формуле:

, (4)

где - площадь поперечного сечения трубопровода.

Для построения диаграммы Бернулли нужно по горизонтальной оси в определенном масштабе отложить расстояние между точками подключения пьезометров, а по вертикальной оси во всех точках подключения пьезометров отложить величины . Линия, соединяющая пьезометрические напоры на отдельных точках, представляет собой линию изменения удельной потенциальной энергии по длине трубопровода (пьезометрическая линия).

Далее вверх от этой линии откладываются значения скоростного напора и наносится линия полной удельной энергии.

По смыслу уравнения Бернулли сумма потенциальной, кинетической и потерянной энергии потока на всем протяжении трубопровода остается постоянной и характеризуется величиной вертикального отрезка, заключенной между горизонтальной линией, прочерченной от начала графика (линия начальной удельной энергии), и линией отсчета, за которую мы принимаем в данном случае ось трубопровода.

Расстояние по вертикали между линией полной энергии и линией, характеризующей начальную энергию потока, будет соответствовать потере напора от начала трубопровода до данного сечения.

Вид диаграммы Бернулли для трубопровода, представленного на рис. 9 приведен на рис. 11.

Результаты опытов и данные их обработки следует занести в таблицу.

W = 50 000				t = сек			Q =
№	l	d
	см					см

6. Выводы

В выводах следует проанализировать характер изменения пьезометрической линии и линии полной энергии полученной диаграммы на отдельных участках трубопровода и сопоставить опытные данные с теорией (уравнение Бернулли).

Так, например, на участках трубопровода, где установлены частично прикрытые задвижки или происходит внезапное сужение потока, должно наблюдаться резкое понижение пьезометрического напора. Наоборот, на участках с внезапным расширением потока должно наблюдаться восстановление пьезометрического напора и т.п.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

1. Наименование работы

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ СТЕПЕНИ В ФОРМУЛЕ ПОТЕРИ

НАПОРА НА ТРЕНИЕ»

2. Основные сведения из теории

Одним из важнейших вопросов гидравлики является определение потерь напора на трение. Формулу, служащую для этой цели, можно представить в следующем виде:

, (1)

где - средняя скорость потока;

к – коэффициент пропорциональности, учитывающий размеры потока и состоянию ограничивающих его стенок;

n – показатель степени, для ламинарного режима равный 1, и изменяющийся для турбулентного течения в пределах от 1,75 до 2,00. Значение n = 1,75 соответствует зоне “гидравлически гладких труб”, когда сопротивления зависят от числа Рейнольдса, а значение n = 2,00 относится к зоне шероховатых труб, когда сопротивления зависят от относительной шероховатости.

Промежуточные значения n соответствуют таким режимам течения, когда сопротивления зависят от числа Рейнольдса и от относительной шероховатости.

Задачей данной лабораторной работы и является численное определение показателя степени n, а также коэффициента трения для участка трубопровода при изменении средней скорости потока в некоторых пределах, обусловленных возможностями лабораторной установки.

Определение величины n удобно произвести с помощью логарифмического преобразования формулы (1), т.е.:

. (2)

График этого уравнения в логарифмических координатах представляет собой прямую линию, тангенс угла которой и даст величину n. Эту величину следовало бы определить по методу наименьших квадратов, но, учитывая небольшое число экспериментальных точек и простоту обработки, можно ограничиться проведением усредняющей прямой «на глаз» с учетом весов отдельных точек.

Отрезок на оси даст, очевидно, значение , при этом следует иметь в виду, что коэффициент размерный.

Кроме указанных величин, необходимо найти в каждом опыте значение числа Рейнольдса.