Работа 5. Определение коэффициентов местных потерь напора

[1, ч. 2; 2]

Местные потери напора, вызываемые резкими изменениями формы потока, направления и скорости, в отличие от потерь по длине, происходят на сравнительно коротких участках движения жидкости. Они объясняются тем, что поток не следует точно конфигурации тру­бопровода в местах его резкого поворота, расширения, сужения и др., а отрывается от стенок. Так возникают застойные водоворотные зоны, поглощающие энергию.

Величина этих потерь определяется по формуле Вейсбаха:

, (5.1)

где - коэффициент местного сопротивления.

Значения коэффициентов местных сопротивлений обычно даются в справочной литературе [4]. Средние скорости движения жидкости до и после местного сопротивления различны, и значение для них также различно. При вычислениях потери в местном сопротивлении будем относить к кинетическому напору потока в узком сечении.

Величина местных потерь напора равна разности полных напоров жидкости до и после местного сопротивления. Полный напор потока жидкости:

(5.2)

где - статический напор, - скоростной напор, (здесь принимаем коэффициент Кориолиса ).

Таким образом, если перед i-м местным сопротивлением величина полного напора H_i', а после него H_i'', то напор, потерянный в местном сопротивлении:

H_i' - H_i'' . (5.3)

Поскольку в колене диаметр трубы одинаков на всем ее протяжении, одинаковы и скоростные напоры до и после колена, поэтому величина потерь напора в нем может быть вычислена как разность статических напоров на входе и выходе.

Работа проводится на опытном трубопроводе (см. рис. 3.3), который включает в себя три вида местных сопротивлений: колено, резкое расширение и резкое сужение. На входе и выходе каждого из этих местных сопротивлений соответственно приварены штуцеры VII-X, связанные гибкими шлангами с пьезометрами VII-X.

Пьезометры IX и X показывают статический напор потока жидкости на входе и выходе из колена, X-VII - резкого расширения, а VII и VIII - резкого сужения потока. Все показания пьезометров записывают с точностью до миллиметра.

Расход жидкости определяется по расходомеру (мерной шайбе) и по показаниям пьезометров V и VI.

Порядок выполнения работы

Для определения коэффициентов местных потерь напора проводят три опыта. Перед каждым опытом руководитель лабораторной работой с помощью вентиля 10 устанавливает расход жидкости в трубопроводе. После того, как режим движения жидкости в трубопроводе установится, снимают показания пьезометров с V по Х.

Формулы и данные для вычислений

Потери напора между пьезометрами V и VI:

.

Расход жидкости в трубопроводе:

,

величину коэффициента задает преподаватель или его принимают равным полученному в работе 3.

Средняя скорость в сечениях пьезометров VII-X:

где - площадь указанных сечений трубопровода, м²; - диаметр трубы в указанных сечениях, м (  м,  м,  м).

Скоростной (кинетический) напор в сечениях пьезометров VII-X:

Потери напора в колене с учетом того, что падение полного и статического напора здесь одинаково,

Полные напоры в сечениях пьезометра VII, VIII и X:

Потери напора при резком расширении и резком сужении .

Численные значения коэффициентов местных сопротивлений определяются по формуле (5.1):

в колене ;

в расширении ;

в сужении .

По результатам трех опытов необходимо определить среднеарифметические значения и .

Опытные и расчетные величины

Номер опыта	м	м	м	м3/c	м	м	м	м	м/с	м/c	м/с	м	м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	15

м	м	м	м	м	м
16	17	18	19	20	21	22	23	24

Указания к самостоятельной работе

1. Сопоставить полученные значения и с расчетными, полученными по формулам Вейсбаха, Борда и ЦАГИ соответственно (см. справочник [4]). Объяснить причины возможных расхождений.

2. Используя результаты лабораторных работ 3 и 4 и произведя соответствующие замеры, построить напорную и пьезометрическую линии для опытного трубопровода (см. рис. 3.3).