Лабораторная работа №5 определение коэффициента местного сопротивления

5.1 Общие сведения

В реальных гидравлических системах движущаяся жидкость теряет механическую энергию на прямолинейных участках труб, а также в арматуре и фасонных частях, других местных сопротивлениях. Потери энергии на преодоление местных сопротивлений (так называемые местные потери напора) обусловлены частично трением, но в большей степени деформацией потока, отрывом его от стенок, возникновением интенсивных вихревых течений.

Местные потери напора определяют расчетом по формуле Вейсбаха:

h_м = _м(²/2g), (5.1)

где _м  коэффициент местного сопротивления; показывающий какая часть скоростного напора расходуется на преодоление сопротивления.

Величина _м в общем случае зависит от вида местного сопротивления и режима течения. Опытные значения коэффициента для квадратичной области турбулентного режима приводятся в справочных таблицах.

5.2 Цель работы

Усвоить методику опытного определения коэффициента местного сопротивления; определить опытным путем коэффициент _м для исследуемого местного сопротивления, установить зависимость его от числа Рейнольдса и сравнить полученные данные с табличными.

5.3 Методика опыта

Коэффициент местного сопротивления определяется косвенным методом с использованием зависимости (5.1). При этом местные потери напора h_м находят из эксперимента по разности полных или пьезометрических напоров на входе и выходе местного сопротивления.

5.4 Описание опытной установки

Установка для опытного определения коэффициента местного сопротивления (рисунок 5.1) включает напорный резервуар, трубопровод с исследуемым местным сопротивлением и мерный бак. На трубопроводе перед местным сопротивлением и за ним установлены ниппели статического давления, которые с помощью резиновых шлангов соединены с пьезометрами. Для регулирования расхода воды имеется вентиль.

5.5 Порядок проведения работы

а) напорный резервуар заполняют водой до постоянного уровня;

б) проверяют отсутствие воздуха в пьезометрах (уровни воды в них при закрытом вентиле должны быть одинаковы); при необходимости кратковременным открытием вентиля установку приводят в действие для освобождения трубопровода и пьезометров от пузырьков воздуха;

в) в трубопроводе устанавливают различные расходы воды в диапазоне от минимального до максимального (всего 5-6 значений).

Для каждого режима определяют:

- время Т наполнения мерного бака объемом W;

- показания пьезометров H_п1, H_п2, H_п3;

- температуру воды t.

5.6 Обработка опытных данных

По данным измерений вычисляют:

- средний за время опыта расход Q = W/Т и среднюю скорость потока  = Q/ (где  - площадь поперечного сечения трубопровода за местным сопротивлением);

- кинематический коэффициент  и число Рейнольдса (см. лабораторную работу №3);

- потери напора на местном сопротивлении

h_м = h_сум - h_дл, (5.2) где h_сум – суммарные потери напора на участке с местным сопротивлением; их вычисляют по пьезометрическим напорам (h_сум = Н_п1 – Н_п2 – при одинаковых диаметрах трубопровода на входе d_вх и выходе d_вых местного сопротивления) или полным напорам

(h_сум = Н₁ – Н₂ – при d_вх  d_вых);

h_дл – потери напора на трение на прямолинейном участке такой же длины; согласно рисунку 5.1 h_дл = Н_п2 – Н_п3;

- опытные значения коэффициента местного сопротивления

_оп = (2gh_м)/² (5.3)

Результаты вычислений заносят в таблицу 5.1 и вычерчивают график зависимости _м = f(Re). На график наносится также область табличных значений _м исследуемого местного сопротивления.

Таблица 5.1 Определение коэффициента местного

сопротивления (при d_вх = d_вых)

Вид сопротивления	№ опыта	Данные измерений
		W,л	Т,с	t,C	Hп1,м	Hп2,м	Hп3,м

Продолжение таблицы 5.1

Вид сопротивления	№ опыта	Данные измерений
		Q,л/с	,м/с	,м2/с	Re	hсум,м	hдл,м	hм,м	оп	табл