- •3 Лабораторные работы
- •3.1 Измерение гидростатических давлений
- •3.1.1 Теоретические основы исследования
- •3.1.2. Описание экспериментальной установки
- •3.1.3 Порядок проведения опыта
- •3.1.4. Обработка опытных данных
- •3.2. Исследование режимов движения жидкости
- •3.2.1. Теоретические основы исследований
- •3.2.2. Описание экспериментальной установки
- •3.2.3. Проведение лабораторных исследований
- •3.2.4 Обработка опытных данных
- •3.3. Опытное определение коэффициента
- •3.3.1. Теоретические основы исследования
- •3.3.2. Описание экспериментальной установки
- •3.3.3. Порядок проведения работы
- •3.3.4. Обработка опытных данных
- •3.4. Исследование местных потерь напора
- •3.4.1 Теоретические основы исследования
- •3.4.2 Описание экспериментальной установки
- •3.4.3. Порядок проведения опыта
- •3.4.4 Обработка опытных данных
- •3.5 Истечение жидкости из малого отверстия
- •3.5.1 Теоретические основы исследования
- •3.5.2 Описание опытной установки
- •3.5.3. Порядок проведения опыта
- •3.5.4 Обработка опытных данных
- •3.6 Истечение жидкости через внешний
- •3.6.1. Теоретические основы исследования
- •3.6.2. Описание опытной установки
- •3.6.3. Порядок проведения опыта
- •3.6.4 Обработка опытных данных
- •3.7. Опытное определение коэффициента шероховатости лотка
- •3.7.1. Теоретические основы исследования
- •3.7.2 Описание экспериментальной установки
- •3.7.3 Порядок проведения опыта
- •3.7.4. Обработка опытных данных
- •3.8. Исследование гидравлического прыжка
- •3.8.1. Теоретические основы исследования
- •3.8.2. Описание экспериментальной установки
- •3.8.3. Порядок проведения опыта
- •3.8.4. Обработка опытных данных
- •Опытные данные
- •Результаты вычислений
- •3.9. Прямоугольный водослив с тонкой стенкой
- •3.9.1 Теоретические основы исследования
- •3.9.2. Описание экспериментальной установки
- •3.9.3. Порядок проведения опыта
- •3.10. Исследования водослива с широким порогом
- •3.10.1. Теоретические основы исследования
- •3.10.2. Описание экспериментальной установки
- •3.10.3. Порядок проведения опыта
- •3.10.4. Обработка опытных данных
- •Оглавление
- •3. Лабораторные работы……………………………………………..
- •3.1. Измерение гидростатических давлений…………………………………
- •3.1.1. Теоретические основы исследования………………………………
- •3.3.1. Теоретические основы исследования……………………………….
- •3.5.1.Теоретические основы исследования……………………………
- •3.6.1. Теоретические основы исследования……………………………
3.4. Исследование местных потерь напора
при установившемся турбулентном движении воды в трубах
Цель работы – исследовать влияние скоростных напоров на потери напора на местных сопротивлениях и определить экспериментальным путем величины коэффициентов местных сопротивлений для пробкового крана, внезапного расширения, внезапного сужения, диафрагмы, диффузора, поворота на 180°.
3.4.1 Теоретические основы исследования
Местная потеря напора представляет собой часть полной удельной энергии потока, переходящую в тепло (и рассеивающуюся) благодаря работе сил трения, сосредоточенных на участке потока небольшой длины. На этом участке поток претерпевает ту или иную местную деформацию, приводящую к изменению величины или направления скорости движения жидкости (при расширении или сужении потока, в результате его поворота, при протекании потока через диафрагмы, задвижки и другие фасонные части трубопровода).
Потери напора, затраченного на преодоление какого-либо местного сопротивления, оцениваются в долях скоростного напора, соответствующего скорости непосредственно за рассматриваемым местным сопротивлением, то есть определяются из формулы Вейсбаха*:
(3.33)
где ξ – так называемый коэффициент местного сопротивления, зависящий в общем случае от вида местного сопротивления и от числа Рейнольдса;
– средняя скорость движения жидкости в трубе на участке за местным сопротивлением.
Коэффициенты разных сопротивлений находят, как правило, опытным путем. Таблицы значений этих коэффициентов (или эмпирические кривые и формулы для них) содержатся во всех инженерных справочниках и руководствах по гидравлике.
Для нахождения коэффициента местных сопротивлений необходимо экспериментально найти фактическую величину местных потерь напора при данном расходе воды в трубе. Тогда из формулы Вейсбаха* выведем расчетную формулу для определения коэффициентов местных сопротивлений:
(3.34)
Для определения местной потери напора необходимо составить уравнение Бернулли для сечения I-I, взятого перед местным сопротивлением, и сечения II-II, взятого за местным сопротивлением в местах установки пьезометров.
Следует подчеркнуть, что сечение I-I перед данным местным сопротивлением и сечение II-II после местного сопротивления выбирают с таким расчетом, чтобы данное местное сопротивление не влияло на распределение скоростей в этих сечениях, то есть, чтобы в них наблюдались условия плавно изменяющегося движения.
Местная потеря напора в общем случае будет равна разности полных удельных энергий потока в сечениях перед местным сопротивлением и за ним:
(3.35)
Если местные сопротивления расположены на горизонтальном участке трубопровода постоянного сечения, то в этих случаях и , следовательно, местные потери напора будут равны разности показаний пьезометров, установленных по обе стороны данного местного сопротивления:
(3.36)
Примером таких местных сопротивлений в нашем случае (рис. 3.8) могут служить диафрагма, пробковый кран, плавный поворот на 180°.
Рис. 3.8. Схема движения жидкости через диафрагму.
В случае изменения сечения потока, в частности, при внезапном расширении трубопровода (рис. 3.9) или постепенном расширении трубопровода (диффузоре), местная потеря напора выразится следующим образом:
(3.37)
где – средняя скорость движения жидкости в трубе меньшего диаметра d;
– средняя скорость движения жидкости в трубе большего диаметра D;
– корректив, учитывающий неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока (корректив кинетической энергии потока Кориолиса*).
Для турбулентного движения корректив принимается равным единице ( = 1).
Рис. 3.10. Схема движения жидкости через внезапное расширение
В случае внезапного расширения трубопровода в формуле (3.37) разность показаний пьезометров будет отрицательна, а разность скоростных напоров – положительна.
При внезапном (или постоянном) сужении трубопровода (рис. 3.10) местная потеря напора будет равна:
(3.38)
В этом случае в формуле (3.38) разность показаний пьезометров будет положительна, а разность скоростных напоров – отрицательна.
Рис. 3.11. Схема движения жидкости через внезапное сужение