Лабораторна робота №1

Вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах.

Мета роботи: вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах.

Установка дозволяє проводити такі лабораторні роботи:

1. Визначення режиму протікання рідини.

2. Визначення витрат тиску на тертя.

3. Визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводу.

1. Теоретичні основи процесу.

Режим протікання рідини визначається величиною критерію Рейнольдса:

де: ω - середня швидкість протікання рідини, м/с;

d - внутрішній діаметр труби, м;

μ - динамічна в'язкість рідини; Па˖с;

ρ - густина рідини, кг/м³.

Середня швидкість протікання рідини визначається за формулою:

де: Vc – витрата рідини, м³/с;

F - площа поперечного перерізу трубопроводу, м².

В залежності від значень числа R_e визначається режим протікання рідини та коефіцієнт тертя (λ):

Re <2300	Ламінарний	λ=64/Re (3)
2300<Re<10000	Перехідний Турбулентний	λ=0,316Re0-25 (4)

Витрати тиску на подолання тертя:

де: L - довжина трубопроводу, м.

Витрати тиску на створення швидкості потоку:

Витрати тиску на подолання місцевого опору (вентилів, вигинів, звуження, розширення) складаються з суми місцевих опорів:

де: ξ - коефіцієнт місцевого опору.

Повний гідравлічний опір:

∆Р = ∆Р_тер +∆Р _шв+ ∆Р_м._о.

або:

Тиск, що створюється стовпом рідини висотою Н:

p = ρgH,

де: g - прискорення вільного падіння, 9,81 м/с²;

Н - висота стовпа рідини, м.

Теоретичний час спустошення натискного баку:

,

де: Fб - площа перерізу натискного баку, м²;

f₀ - площа перерізу труби (d=0,21 м);

Н - рівень' води в натискному баку, м;

α - коефіцієнт витрати, що являє собою добуток коефіцієнту швидкості φ та коефіцієнту стиснення струменю ε.

Рівняння Бернулі для ідеальної, не стисненої рідини:

,

де: Z₁ та Z₂ - геометричний (висотний) натиск, м; P₁/ρg та P₂/ρg - п’єзометричний (статичний) натиск, м (Р₁ та Р₂ - тиск відповідно у натискному та приймальному баках);

та - швидкісний (динамічний) натиск, м (ω₁ та ω₂ - відповідно швидкості протікання рідини у натискному баку та на кінцях трубопроводу, що виходить у приймальний бак);

Н_стр - витрати напору на подолання місцевого опору, м.

Для сталого потоку рідини при Р1=Р2 та ω2>> ω1:

або

,

тобто тиск витрачається на подолання усього гідравлічного опору трубопроводу.

При зміненому перерізі трубопроводу, відповідно рівняння нерозривності струменю:

де: ω₁d₁ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у першому перерізі;

ω₂d₂ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у другому перерізі.

Продуктивність насосу для перекачування рідини:

де: τ – час перекачування, с

Потужність двигуна насосу:

, Вт

де: H - повний натиск, м;

η - коефіцієнт корисної дії.

Повний натиск, розвинутий насосом (м):

H=h_шв +h_тep+h_т.с.+H_z

де: H_Z – геометрична висота підйоми рідини, м.

2.Опис установки.

Установка для проведення лабораторних робіт складається з натискного баку (А), приймального баку (Б), насосу для перекачування рідини (Н), витратоміра (Р) та системи трубопроводів з запірними вентилями (В₁ –В₁₀) та U- подібними манометрами (М₁ – М₃).

Схема установки наведена на рис.1. На досліджуваних ділянках трубопроводів у спеціальних фіксаторах встановлені скляні трубки, що дозволяють спостерігати протікання рідини.

Вода з напірного баку А при відкритому вентилі В₁ подається через витратомір Р за яким визначається витрата рідини, що протікає V за час τ та спрямовується у залежності від положення вентилів «відкрито» або «закрито», у відповідні скляні трубки.

Трубка між вентилями В₅ та В₈ служить для визначення режиму протікання рідини.

Трубка між вентилями В₄ та B₇ служить для визначення витрат тиску на тертя на прямій ділянці трубопроводу.

Трубка між вентилями В₃-B₆ служить для визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводу.

Для визначення місцевого гідравлічного опору рідина подається складним маршрутом, що включає в себе коліна, вентилі, розширення і звуження. Зворотне перекачування рідини з баку Б у бак А здійснюється насосом Н.