7.3Схема установки

В напірному баці 2 (Рисунок 9 .11) сталий рівень води контролюється за допомогою рівнеміра 1. Вода через вентиль 3 поступає в трубопровід 4. Її витрата регулюється вентилем 6. П’єзометри 5 призначені для вимірювання різниці h п’єзо­метричних напорів на початку і в кінці дослідної ділянки довжиною l. Вимірювання витра­ти проводиться об’ємним способом з використанням мензурки 7.

Рисунок 9.11 Установка для дослідження руху рідини в трубопроводі

7.4Хід виконання роботи

7.4.1Напірний бак 2 заповнюють водою. Контроль заповнення ведеться за допомогою рівнеміра 1.

7.4.2Відкривши вентилі 3 і 6, пропускають трубопроводом воду до тих пір, поки трубопровід і всі п’єзометричні трубки не звільняться від повітря.

7.4.3При закритому регулюючому вентилі 6 перевіряють “нульове” положення рівнів п’єзометрів. Відсутність повітря в п'єзометричних трубках характеризується положенням рівнів в них на одній висоті.

7.4.4В трубопроводі 4 за допомогою вентиля 6 встановлюється невелика витрата води, така, щоб середній рівень води у п’єзометрах опустився не більше ніж на 3-4 см.

7.4.5Рівень води в баку 2 підтримується постійним.

7.4.6Вимірюють об’єм води V і час, за який він витікає .

7.4.7Вимірюють різницю рівнів рідини в п’єзометрах h.

7.4.8Вимірюють температуру води t.

7.4.9За допомогою вентиля 6 збільшують витрату води і повторяють виміри пп.7.4.6 - 7.4.8.

Всього проводять 8-10 вимірювань, причому перші 4-6 режимів витрату рідини змінюють не набагато, так, щоб на кожному наступному режимі середній рівень води у п’єзометрах опускався вниз не більше ніж на 1-2 см в порівнянні з попереднім режимом.

7.5Обробка результатів досліджень

7.5.1Визначають витрату води об’ємним методом:

. (9.53)

7.5.2Розраховують кінематичну в’язкість води в залежності від температури t:

(9.54)

7.5.3Будують графік залежності різниці рівнів рідини в п’єзометрах h від витрати рідини.

7.5.4На графіку залежності h(Q) з початку координат проводять пряму лінію, яка проходить через першу дослідну точку і оцінюють, які ще наступні дослідні точки попадають на цю пряму лінію. Відібрані таким чином дослідні точки відповідають ламінарній течії і їх використовують для розрахунку діаметра за формулою, отриманою з рівняння (1.2). Знаходять середнє значення діаметра d_сер.

7.5.5Використовуючи середнє значення діаметра розраховують швидкість руху рідини в трубі:

. (9.55)

7.5.6Розраховують число Рейнольса:

. (9.56)

Перевіряють відповідність дослідних даних, вибраних для розрахунку діаметра, ламінарній течії. Роблять висновки щодо характеру залежності втрат напору на тертя від витрати рідини для різних режимів течії рідини.

Таблиця 9.9 – Протокол даних дослідів і їх розрахунків

№ п/п	Об’єм рідини	Час витікання	Об’ємна витрата рідини	Різниця показів п’єзоме­трів	Діаметр труби	Серед­ня швид­кість	Кінематична в’язкість	Число Рейно­льдса Re
	V, см3	, с	Q, см3/с	h, см	d, см	, см/с	, см2/с
				dсер, см

7.6Контрольні запитання

7.6.1Що називається характеристикою трубопроводу?

7.6.2Який характер залежності втрат напору на тертя від витрати рідини в трубопроводі:

• при ламінарному режимі руху?

• при турбулентному режимі руху?

7.6.3Який характер залежності втрат напору на тертя від діаметра труби:

• при ламінарному режимі руху?

• при турбулентному режимі руху?

7.6.4Якщо збільшити у два рази витрату рідини, то як це вплине на величину втрат напору за умови, що у трубопроводі зберігається ламінарна течія? Що буде, якщо при цьому збільшити у два рази діаметр трубопроводу?

Лабораторна робота № 8 Визначення коефіцієнтів місцевих опорів

8.1 Мета роботи

Визначення дослідним шляхом значення коефіцієнтів місцевих опорів в напірному трубопроводі, порівняння одержаних значень з даними, які рекомендуються в довідниках для квадратичної зони опору. Оцінка впливу числа Рейнольдса на величину коефіцієнтів місцевих опорів при ламінарному режимі течії рідини.

8.2Основні положення

Вузли трубопровідних систем, які викликають зміну форми, розмірів і напрямку потоку, називаються місцевими опорами, а втрати енергії на них - місцевими втратами.

Місцеві опори поділяються на прості і складні. До простих відносяться: раптові і плавні (дифузори) розширення, раптові і плавні (конфузори) звуження, плавні (відводи) і різкі (коліна) повороти трубопроводів. Складні опори – це комбіна­ція простих. При русі в'язкої рідини через місцеві опори змінюється поле швидкостей потоку, спостерігається звуження і відрив потоку від стінок каналу, утворюються зони, заповнені великими і дрібними вихрами.

Вихровий рух посилює процес дисипації енергії, завдяки чому втрати в місцевих опорах можуть набагато переважати втрати по довжині на дільниці такої довжини, що і місцевий опір. Степінь деформації потоку, величина і інтенсивність вихорів істотно зале­жать від режиму руху рідини, тобто від числа Рейнольдса.

Втрати енергії, які віднесені до одиниці ваги рідини, обраховують за формулою Вейсбаха

, (11.57)

де - коефіцієнт втрат на місцевому опорі, який вказує, яка частина швидкісного напору губиться на місцевому опорі; - середня швидкість рідини в перерізі трубопроводу за місцевим опо­ром.

Коефіцієнт місцевих втрат при турбулентному режимі в зоні квадратичного опору залежить від конструктивних особливостей міс­цевого опору і в більшості випадків визначається експериментально.

Для випадку раптового розширення формула втрат напору, одер­жана теоретично з деякими допущеннями, має вигляд

, (11.58)

де ₁ - швидкість в потоці на дільниці до розширення; ₂ – те ж після розширення.

На основі формули (11.2) може бути одержаний вираз для визначення коефіцієнта раптового розширення

, (11.59)

де , - діаметр труб до і після розширення.

При ламінарному режимі коефіцієнти опорів залежать не лише від геометричної форми вузла, а й від числа Рейнольдса. Ця за­лежність представлена в виді

, (11.60)

де А , В - сталі для даного місцевого опору.

Втрати напору в місцевому опорі, який розміщений на горизон­тальній дільниці трубопроводу сталого перерізу, визначаються різницею п'єзометричних напорів в перерізах до і після опору

, (11.61)

так як при цьому швидкісні і геометричні напори у вказаних перерізах однакові.

Якщо діаметри труби перед і за місцевими опорами різні (наприклад, у випадку розширення і звуження потоку), то повинні враховуватися і швидкісні напори і ,

, (11.62)

де - коефіцієнт нерівномірності в перерізі потоку місцевих швидкостей.