1.1.3. Гидравлический радиус и эквивалентный диаметр
При движении жидкости в трубах или каналах некруглого сечения в выражении критерия Re вместо диаметра подставляют величину эквивалентного диаметра, который равен учетверенному гидравлическому радиусу
Dэкв.. = 4 Rг (9)
Эквивалентный диаметр – это диаметр такого воображаемого (виртуального) трубопровода, в котором гидравлические сопротивления какие же, как и в реальных условиях. В этом заключается физический смысл этого понятия.
Гидравлическим радиусом называют отношение площади свободного сечения трубопровода или канала, через которое протекает жидкость, к смоченному периметру:
Rг = S/П (10)
Здесь S - площадь сечения потока жидкости, м 2
П – смоченный диаметр, м .
Эквивалентный диаметр равен диаметру трубопровода круглого сечения, для которого отношение площади S к смоченному периметру П то же, что и для данного трубопровода некруглого сечения.
2.Экспериментальная часть
2.1. Схема установки.
Схема установки приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Установка для определения режима движения
1 - прямоугольный бачок 500х500х500 мм;
2 - прямоугольный бачок 400х500х500 мм;
3 – ртутный термометр;
4 - стеклянная трубка d = 12 мм;
5 - мерный сосуд V = 1 л;
6 - перелив;
7 – зажим;
8 – подача воды из водопровода;
9 – подача краски.
2.2.Описание установки
Установка для выполнения данной работы состоит из двух прямоугольных бачков 1 и 2, соединенных переливом 6. Бачок 1 снабжен подводом воды из водопровода 8, кроме того, в нем установлен термометр 3 для определения температуры воды. Бачок 2 снабжен регулируемым спуском воды через стеклянную трубку 4 за счет зажима 7. В бачке 2 в стеклянную трубку 9 через капилляр введена краска, которая затем подается в трубку 4.
Расход жидкости измеряется мерным цилиндром 5 и секундомером.
Порядок проведения опыта
Необходимо заполнить водой оба бачка путем подъема воды в бачке 1 до перелива 6 при закрытом спуске 7 из бачка 2, продолжая добавлять воду в бачок 1. Приоткрыть зажим 7 и отрегулировать всю систему так, чтобы уровень в бачке 2 в был постоянным при неизменном открытом спуске 7 из бачка 2. Подать краску в капилляр 9 и визуально определять состояние струи (размытая или не размытая), одновременно фиксируется температура воды термометром 3.
Не меняя режима установки необходимо переключить спуск 7 из бачка 2 в мерный сосуд 5 и с помощью секундомера определить время заполнения мерного сосуда. Весь опыт выполняется в том же порядке, не менее 5 - 6 раз при различном расходе воды, который регулируется спуском 7 из бачка 2. Начинать опыт следует с малых расходов, пользуясь мерным сосудом V = 1 л. Последний замер сделать при полностью открытом спуске 7.
3.Обработка экспериментальных данных
Исходные данные опыта и результаты расчетов.
|
Время заполнения мерно го сосу- да, τ, с |
Объем воды V, м3 |
Температура воды t, 0 С |
Скорость движения воды w, м/с |
Вяз кость воды , Па*с |
Re |
Состо-яние подкрашен- ной струи |
Режим движения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1. Определить объемный расход воды V с в каждом замере, м 3/с.
3.2. Рассчитать скорость движения воды в трубе по уравнению (1).
3.3. Определить критерий Re для всех замеров по одному из уравнений (5 - 7). Вязкость и плотность воды при данной температуре взять по справочным таблицам, см. приложение [4].
В ы в о д ы