1. Цель работы.

Приобретение навыков экспериментального определения коэффициентов местных сопротивлений, сравнение полученных результатов с табличными. Исследование зависимости коэффициентов местного сопротивления от числе Рейнольдса.

2. Понятие о местных сопротивлениях.

Общие потери напора в трубопроводе складываются из потерь напора по длине h_дл и суммы потерь на местных сопротивлениях h_м :

. (6.1)

Причиной возникновения потерь напора на местных сопротивлениях является резкое изменение направления, формы или скорости потока, что связано с дополнительными потерями удельной энергии потока.

Потери напора на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

, (6.2)

где ξ_м – коэффициент местного сопротивления;

 – средняя скорость потока за сопротивлением.

Структура потока в местных сопротивлениях (рис.6.1) очень сложна, поэтому коэффициенты местных сопротивлений, в основном, определяются экспериментально и приводятся в справочниках, причем каждое местное сопротивление характеризуется своим коэффициентом ξ_м.

а) б) в)

Рис.6.1. Структура потока в местных сопротивлениях:

а) резкое сужение потока; б) резкое расширение потока; в) плавный поворот трубопровода.

В справочниках указывается значение ξ_м для больших чисел Рейнольдса (Re> 1·10⁴), когда выполняется условие ξ_м = const для данного вида местного сопротивления (табл.6.1).При небольших значениях Re, особенно при ламинарном или близком к нему режиме течения, влияние числа Рейнольдса на ξ становится заметным (рис.6.2).

Рис.6.2. Зависимость коэффициентов местного сопротивления от числа Re:

1 – шаровой клапан; 2 – вентиль; 3 – задвижка; 4- тройник

Характер кривых ξ_м=ƒ(Re) определяется образованием вихрей и их дальнейшим развитием. Чем сильней деформируется поток в местных сопротивлениях, тем раньше (т.е. при меньших значениях Re) возникают в них вихри и коэффициент сопротивления ξ не зависит от числа Re. Если местное сопротивление имеет обтекаемую форму, то отрыв потока возникает при значительно больших числах Re. С этого момента можно принять ξ=const.

В случае линейного закона сопротивления (наклонные прямые на рис.6.2) потери напора можно определить по формуле А.Д. Альтшуля [1]. Чаще используется формула Дарси-Вейсбаха, но вместо длины трубы используется эквивалентная длина, под последней понимается такая длина прямого участка трубопровода данного диаметра, на которой потери на трение по длине эквивалентны потери напора h_м, на данном местном сопротивлении:

, (6.3)

где: l_э – эквивалентная длина (приводится в справочниках);

λ – коэффициент гидравлического трения.

3. Программа работы.

1. Найти экспериментальные значения коэффициентов ξ для различных местных сопротивлений.

2. Вычислить экспериментальные значения коэффициентов местного сопротивления.

3. Сравнить экспериментальные значения коэффициентов местного сопротивления с табличными.

4. Построить график зависимости коэффициента местного сопротивления вентиля ξ от числа Рейнольдса.