Методички к лабораторным работам / Отчет по коэфф гидравлического трения

Министерство образования РФ

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО

ТРЕНИЯ ПРЯМОЙ ТРУБЫ

Выполнип ст. гр. ПСМ-31

Принял преподаватель

Сизов В.М.

Балаково 2003

Ц е л ь р а б о т ы:

Определить коэффициент гидравлического трения опытным путем,

по теоретическим формулам и сравнить результаты.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Потери напора на трение по длине круглых труб h_l oпределяется по формуле Дарси:

,

где  - коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубы , на которой определяется потеря напора на трение;

d - диаметр трубы ;

V - средняя скорости жидкости;

g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с² .

Многочисленными экспериментами установлено, что коэффициент гидравлического трения зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы /d :

,

где  - высота выступов шероховатости внутренних стенок трубы.

Преобладание того или иного фактора зависит от режима течения жидкости . Существует пять зон гидравлического сопротивления.

1. З о н а в я з к о г о с о п р о т и в л е н и я.

Движение ламинарное, Re < 2300. В этой зоне шероховатость стенок мало влияет на потери напора

.

Теоретическая формула для определения коэффициента гидравлического трения вытекает из закона Пуазейля :

.

2. П е р е х о д н а я з о н а. При 2300 < Re < 4000 имеет место переходная зона, в которой движение уже не ламинарное и еще не турбулентное, т. е. здесь режим неустойчивый. Инженерные расчеты в этой зоне выполняются очень редко.

3. З о н а г и д р а в л и ч е с к и г л а д к и х т р у б. Движение турбулентное 4000 < Re < 10⁵ . В этой зоне шероховатость стенок трубы мало влияет на потери напора

.

Для определения коэффициента гидравлического трения в этой зоне механики чаще пользуются формулой Блазиуса

;

4. З о н а д о к в а д р а т и ч н о г о с о п р о -

т и в л е н и я . Движение турбулентное. Ориентировочные границы зоны

,

где э- величина эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости.

Под эквивалентной шероховатостью понимают такую равномерно - зернистую шероховатость, которая в области квадратичного сопротивления оказывает такое же сопротивление движению жидкости как и труба с естественной шероховатостью. В этой зоне сопротивления коэффициент гидравлического трения зависит от обеих факторов

.

Для определения коэффициента гидравлического трения в этой зоне механики чаще пользуются формулой А.Д. Альтшуля

.

5. З о н а к в а д р а т и ч н о г о с о п р о т и в л е-

н и я. Движение турбулентное. Нижняя граница зоны

Re > ( 500·d ) / э. В этой зоне основным фактором, влияющим на сопротивление, является шероховатость стенок трубы

_.

Для определения коэффициента гидравлического трения в этой зоне механики чаще пользуются формулой Б.Л.Шифринсона

.

О п и с а н и е л а б о р а т о р н о й у с т а н о в к и

Схема лабораторной установки приведена на рисунке. Лабораторная установка состоит из напорного бака 1, исследуемой трубы 2 диаметром d. В начале и конце участка трубы длиной l через штуцеры и гибкие шланги 3 подключены пьезометры 4, снабженные измерительной шкалой. Расход воды в исследуемой трубе задается при помощи вентиля 5. Подача воды в напорный бак осуществляется по трубе 6 при помощи вентиля 7. Для измерения расхода воды служит мерный бак 8. Слив воды из мерного бака осуществляется по трубе 9 , открытием вентиля 10 . Температура воды измеряется термометром 11.

Схема лабораторной установки

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Результаты измерений и необходимых вычислений заносятся в таблицу.

1. Вычисляется площадь поперечного сечения трубы, расход воды и средняя скорость.

2. По температуре воды из приложения определяется ее кинематическая вязкость.

3. Вычисляют число Рейнольдса

и устанавливают зону гидравлического сопротивления.

4. Вычисляют опытное значение коэффициента гидравлического трения по формуле

.

5. Вычисляют теоретическое значение коэффициента гидравлического трения по формуле, соответствующей зоне сопротивления .

6. Определяют расхождение коэффициентов гидравлического трения

.

7. Делают выводы о соответствии теоретического и опытного коэффициентах гидравлического трения и характере изменения

коэффициента в зависимости от числа Рейнольдса.

Результаты исследований коэффициентов гидравлического трения

NN n/n	Наименование параметров	Единица измерения	NN опытов
			1	2	3
1	2	3	4	5	6
I. Размеры исследуемой трубы.
1.1	Внутренний диаметр, d	см
1.2	Площадь поперечного сечения, S	см2
1.3	Длина, l	см
1.4	Шероховатость стенок	мм
II. Определение расхода, средней скорости и зоны сопротивления.
2.1	Объем мерного бака , W	см3
2.2	Время наполнения мерного бака , t	с
2.3	Расход воды, Q	см3/c
2.4	Средняя скорость, V	cм/c
2.5	Температура воды	С
2.6	Кинематическая вязкость воды, 	см2/с
2.7	Число Рейнольдса , Re	-----
2.8	Зона сопротивления	-----
III. Определение коэффициента гидравлического трения.
3.1	Потери напора в трубе , h	см
3.2	Опытный коэффициент, on	-----
3.3	Теоретический коэфф. ,	-----
3.4	Сравнение коэффициентов	%

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. По какой формуле определяются потери напора по длине трубы ?

2. Какие бывают зоны гидравлического сопротивления в трубах ?

3. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения:

а) в общем случае ?

б) в зоне вязкого сопротивления ?

в) в зоне гидравлически гладких труб ?

г) в зоне доквадратичного сопротивления ?

д) в зоне квадратичного сопротивления ?

4. Какие трубы называются гидравлически гладкими ?

5. Что представляет собой эквивалентная шероховатость ?

6. Как определяются относительная шероховатость стенок трубы ?

7. Как определяется расход и средняя скорость при проведении

опытов ?

8. Как изменяется коэффициент гидравлического трения в зоне вязкого сопротивления при нагревании жидкости ?

9. По какой формуле вычисляется коэффициент гидравлического

трения опытным путем ?

10. По какой формуле вычисляется теоретическое значение коэффициента гидравлического трения :

а) в зоне вязкого сопротивления ?

б) в зоне гидравлически гладких труб ?

в) в зоне доквадратичного сопротивления ?

г)в зоне квадратичного сопротивления ?

11. Какой вид энергии теряет жидкость при движении в трубопроводе с неизменным диаметром ?