3.3.2. Описание экспериментальной установки

Работа по определению коэффициента гидравлического трения проводится на установке, приведенной на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Установка для опытного определения коэффициентов

гидравлического трения трубы:

1 – питающий бак; 2– уровнемер на питающем баке;

3 – напорный трубопровод; 4 – пробковый кран; 5 – пьезометры;

6 – исследуемый участок трубы; 7 – мерный бак;

8 – уровнемер на мерном баке; 9 – сбросной кран мерного бака

Заполнение напорного трубопровода 3 водой осуществляется из питающего бака 1 путем открытия крана 4. После заполнения трубопровода 3 наблюдается истечение воды в мерный бак 7. До достижения установившегося движения в напорном трубопроводе наблюдается колебание уровней воды в пьезометрах 5. Мерный бак 7 оснащен уровнемером 8 и краном 9 для опорожнения.

3.3.3. Порядок проведения работы

1. Каждый студент знакомится с установкой.

2. Определяется рабочее место для каждого студента.

3. До начала работы необходимо убедиться, что уровни в пьезо­метрах установились на одной высоте, а сбросной кран у мерного бака закрыт.

4. Лаборантом включается установка.

5. Снимаются показания пьезометров и заносятся в таблицу.

6. С помощью секундомера определяется время наполнения не­которого объема в мерном баке.

7. Проводятся 2 – 3 опыта. По результатам опыта заполняются графы 1 – 4 в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Опытное определение коэффициента гидравлического трения трубы

№ п/п	Слой воды в мерном баке h, см	Время напол- нения слоя t, с	Разница по-казаний пьезо- метров см	Объем воды в мер- ном баке W, см	Расхо ды во- ды в трубе Q , см3 /с	Сред- няя ско- рость в трубе , см/с	Скоро- стной напор	Опытный коэф. гидрав- лическо- го тре- ния λоп
1	2	3	4	5	6	7	8	9

3.3.4. Обработка опытных данных

1.Определяем объем воды, поступившей в мерный бак с пло­щадью s=5000 см² за время t, по формуле (3.20).

2. Расход воды в трубе определяем по выражению (3.21).

3. Среднюю скорость движения воды в трубе вычисляем по (3.22), учитывая, что на исследуемом участке труба имеет ди­аметр d=5 см, а площадь поперечного сечения = 19,6 см².

4. Вычисляем скоростной напор при ускорении свободного па­дения g=981 см/с².

5. Подсчитываем значение опытного коэффициента гидравли­ческой вязкости λ_оп по зависимости (3.27).

6. Кинематический коэффициент вязкости определяем по фор­муле Пуазейля (3.23) или по графикам в зависимости от темпе­ратуры Т, °С.

7. Вычисляем число Рейнольдса Re по выражению (3.18) при d =5 см, на основании которого выбираем формулу для определения теоретического коэффициента вязкости λ_Т из зависимостей (3.28 – 3.31). Величину выступов шероховатости на опытном участ­ке принимаем равной примерно 0,1 см. Вычисляем .

8. Определяем относительную ошибку опыта

(3.32)

9. В разделе НИРС необходимо сравнить полученные ошибки опыта с ошиб­ками измерений на использованных в опытах приборах (табл.3.6).

Вопросы для самопроверки

1. Какой закон в гидродинамической форме выражает уравнение Бернулли?

2. Какой геометрический и энергетический смысл имеют члены уравнения Бернулли?

3. Как определить опытным путем потери напора по длине трубопровода?

4. Как опытным путем определить коэффициент гидравлического трения?

5. Что собой представляет эпюра скоростей в круглой трубе в условиях ламинарного и турбулентного движений? Где возникает ламинарный пограничный слой? Как изменяется его толщина при увеличении средней скорости потока?

6. Какие трубы называют гидравлически гладкими? От чего в таких трубах зависит коэффициент гидравлического трения?

7. Чем обусловлен коэффициент гидравлического трения в гидравлически шероховатых трубах?

Таблица 3.6

Сравнение опытного и теоретического коэффициентов

гидравлического трения трубы

№ п/п	Темпе- ратура воды Т, °С	Коэф. кинемати- ческой вязкости	Число Рей- нольдса Re	Зона вязкости ного тре- ния	Теоретичес кий коэф. гидравличес кого трения λТ	Относи тельная ошибка опыта
1	2	3	4	5	6	7

Таблица 3.5

Опытное определение коэффициента гидравлического трения трубы

№ п/п	Слой воды в мерном баке h, см	Время напол- нения слоя t, с	Разница по-казаний пьезо- метров см	Объем воды в мер- ном баке W, см	Расхо ды во- ды в трубе Q , см3 /с	Сред- няя ско- рость в трубе , см/с	Скоро- стной напор	Опытный коэф. гидравлического тре- ния λоп
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Таблица 3.6

Сравнение опытного и теоретического коэффициентов

гидравлического трения трубы

№ п/п	Темпе- ратура воды Т, °С	Коэф. кинемати- ческой вязкости	Число Рей- нольдса Re	Зона вязкости ного тре- ния	Теоретичес кий коэф. гидравличес кого трения λТ	Относи тельная ошибка опыта
1	2	3	4	5	6	7