Методичка по гидравлике
.pdfLg hL |
|
|
|
|
|
|
|
β4 |
|
|
|
β3 |
|
|
|
|
Область шероховатых русел |
||
|
β2 |
Квадратичное |
||
|
|
Доквадр. |
||
|
Область |
сопротивление |
||
|
сопротив |
|||
|
гладких |
|
||
|
|
|
||
β1 |
русел |
|
Lg υ |
|
|
|
|||
Ламинарный |
Турбулентный |
режим |
||
режим |
||||
|
|
|
||
|
|
Рисунок 8 |
|
Площадь поперечного сечения трубы ω = м2; Абсолютная шероховатость стенок трубы ∆ = м;
Относительная шероховатость стенок трубы ∆ = . Предельные числа Рейнольдса
|
|
′ |
|
′′ |
|
|
|
|
Reпред. = |
Reпред. = |
|
|
|
|
Таблица 8. Установление областей сопротивления |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Расход, |
Средняя |
Кинематический |
Число |
|
|
коэффиц. |
Область |
||||
опыта |
|
скорость, |
вязкости, |
Рейнольдса, |
сопротивления |
|
|
|
Q |
υ |
ν |
Red |
|
|
|
м3/с |
м/с |
м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9. Определение коэффициентов гидравлического трения
№ |
Потери |
υ2 |
2gd/L |
Коэффициент |
Расхож |
LghL |
Lgυ |
||
опыта |
напора |
|
|
гидравлическог |
дение |
|
|
||
|
hl |
|
|
о трения |
|
между |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ0 и λт, |
|
|
|
м |
(м/с2) |
м/с2 |
λ0 |
|
λт |
% |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LghL
Lgυ
Рисунок 9 – График LghL=f(Lgυ)
5.7Контрольные вопросы
1.Цель работы.
2.Какие величины и с какой целью замерялись в опытах?
3.В каких областях сопротивления сняты замеры?
4.По какой формуле определяли λ0 ?
5.По каким зависимостям находились значения λТ ?
6.Чем отличаются друг от друга области (зоны) сопротивления?
7.Зависит ли коэффициент гидравлического трения от скорости движения жидкости? Если зависит, то как?
8.Когда коэффициент λ зависит только от числа Рейнольдса Re и только от шероховатости ∆ ?
5.8Литература, рекомендуемая для выполнения работы
1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. – М.: Машиностроение, 1982, С. 95-104.
2.Угинчус А.А. Гидравлика и гидромашины. – Харьков: Изд. ХГУ, 1970,
С. 137-154.
3.Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергия, 1982, С. 140-177.
4.Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М .: Энергоатомиздат, 1991, С. 152-178.
6 Лабораторная работа №5
Определение коэффициентов местных сопротивлений
6.1 Основные положения и расчетные зависимости
Кроме потерь напора по длине, которые изучались в работе №4, существуют местные потери напора. Они представляют собой часть полной удельной энергии потока, переходящую в тепло, благодаря работе сил трения, сосредоточенных на участках потока небольшой длины. В потоках, где происходит местная потеря напора, обычно имеют место следующие явления:
-изменение площади живого сечения;
-искривление линий тока;
-образование вихревых областей.
Всвязи с этим местная потеря напора происходит чаще всего в вентилях, задвижках, тройниках, коленах и т.д.
Местную потерю напора выражают в долях удельной кинетической энергии и определяют по формуле Вейсбаха:
h |
|
= ζ |
|
υ 2 |
, |
(30) |
|
j |
j |
2 g |
|||||
|
|
|
|
где ζ j - коэффициент местного сопротивления;
υ - средняя скорость течения жидкости в трубе, м\с; g - ускорение свободного падения, м\с2.
Значение средней скорости υ берется обычно «за местным сопротивлением», то есть в сечении с равномерным движением.
Величина коэффициента местного сопротивления в общем случае зависит от геометрии потока (типа местного сопротивления) и от числа Рейнольдса. Причем в области квадратичного сопротивления шероховатых русел коэффициент зависит только от геометрии потока.
Численные значения ζ j для различных местных сопротивлений
определяются экспериментально и приводятся в справочной литературе.
В случае местных потерь при резком расширении и весьма резком сужении потока величины ζ j можно определить теоретически.
6.2 Описание экспериментальной установки
Для определения коэффициентов местных сопротивлений используются экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 10.
Установка состоит из напорного бака 2, трубопровода 3 с местными сопротивлениями и вентилем 5 и мерного бака 6. Перед каждым местным сопротивлением и после него на трубопроводе установлены пьезометры 4.
6.3Задачи работы
1.Проведение ряда экспериментов (при различных расходах воды) с измерением потенциальных напоров в опытных сечениях.
2.Обработка опытных данных с целью получения величин коэффициентов местных сопротивлений для двух сопротивлений (вентиль и резкое сужение).
3. Построение зависимости ζ j = f(Red) для вентиля.
6.4Порядок проведения опытов
Перед началом опытов необходимо проверить отсутствие воздуха в пьезометрах 4. В разделе 1 отчета записывают исходные данные. В ходе опытов заполняют таблицу 10 отчета.
Открывают вентили 1 и 5 для создания в трубопроводе 3 установившегося движения.
Рисунок 10
Снимают показания четырех пьезометров 4.
Одновременно, с помощью мерного бака 6, замеряют начальный и конечный объемы воды, по секундомеру засекают время опыта.
С помощью термометра определяют температуру воды.
После окончания первого опыта краны 1 и 5 закрывают, сливают воду из мерного бака и повторяют опыт при другом (большем) расходе, доводя его в последнем опыте до максимального. Всего проводят 7 опытов.
6.5 Обработка экспериментальных данных
При обработке данных, записанных в таблицу 10 отчета, заполняют
таблицу 11 этого отчета.
Результаты опытов обрабатывают в следующем порядке:
- определяют расход воды Q по формуле (12);
- зная расход и площади живых сечений, по формуле (13) находят
средние скорости;
- зная температуру воды, по формуле (14) или по графику зависимости
υ=f(t) определяют кинематический коэффициент вязкости воды;
-определяют числа Рейнольдса по формуле (10);
-находят удельную кинетическую энергию по формуле (17),
подставляя в нее α = 2 при ламинарном и α = 1 при турбулентном режимах;
- по замеренным значениям удельной потенциальной энергии
(показания пьезометров) и рассчитанным значениям удельной кинетической энергии находят величину полной удельной энергии (z = const = O для всех исследуемых сечениях нашего трубопровода)
е = |
Р |
+ еκ |
(31) |
|
γ |
||||
|
|
|
- определяют потери полной удельной энергии в местных сопротивлениях по формуле:
hi = e1-e2, |
(32) |
где e1 и e2 - полные удельные энергии соответственно в сечениях до
ипосле местного сопротивления.
-используя формулу (30) находят значения коэффициентов местных сопротивлений по выражению
ζ j = |
2ghj |
(33) |
υ2 |
6.6 Форма отчета
Исходные данные:
Для проведения опытов в качестве жидкости используем воду.
Внутренний диаметр труб в местах подключения пьезометров
№1 |
d = 0,032м |
№4 |
d = 0,021м |
№2 |
d = 0,021м |
|
|
№3 |
d = 0,021м |
|
|
Таблица 10 - Величины, измеренные при проведении опытов
|
|
Объем |
воды |
в |
|
Показания пьезометра |
||||
|
Время |
мерном баке |
|
|
||||||
|
|
Температура |
|
|
|
|
||||
№ |
опыта, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После |
|
|
|
|
|
|||
опыта |
Т |
До |
|
опыта, |
|
воды, t |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
|
|
опыта, V1 |
V2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
м3 |
|
м3 |
|
0С |
|
м |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 11 - Определение коэффициентов местных сопротивлений
№ опыта |
Q |
Расход, |
|
|
м3/с |
|
|
До сопротивления |
|
После сопротивления |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напораПотеря, h |
Коэффициент, ξ |
Площадь ,сеченияω |
Средняя ,скоростьυ |
ло-Чис Рейнольдса, Re |
Удельная кинетическая гия-энере |
удельнаяПолная ,энергияе |
щадь-Пло ,сеченияω |
Средняя ,скоростьυ |
Число Рейнольдса,Re |
Удельная кинетическая ,энергияе |
удельнаяПолная ,энергияе |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
j |
|
|
d |
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
К |
|
|
|
м2 |
м/с |
|
м |
м |
м2 |
м/с |
|
м |
м |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζi = f(Red)
ζi
Red
Рисунок 11График зависимости для вентиля
6.7Контрольные вопросы
1.Цель работы.
2.Какие величины замеряются в опытах?
3.От чего зависит коэффициент местного сопротивления?
4.От чего зависит местная потеря напора?
5.Как можно определять местную потерю напора?
6.8Литература, рекомендуемая для выполнения работы
1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. – М.: Машиностроение, 1982, С. 107-121.
2.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины.: – Харьков: Изд.
ХГУ, 1970, С. 155-159.
3.Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергия, 1982, С. 51-53.
4.Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М .: Энергоатомиздат, 1991, С. 191-202.
7 Лабораторная работа №6
Истечение жидкости через отверстия и насадки при постоянном напоре
7.1Основные положения и расчетные зависимости
Вэтой работе мы рассматриваем истечение жидкости в атмосферу при постоянном напоре (установившееся движение) из малого круглого отверстия в тонкой стенке и внешнего круглоцилиндрического насадка (насадок Вентури). Все опыты проводим при больших числах Рейнольдса.
Малым называется такое отверстие в вертикальной стенке, для которого одновременно выполняются два условия.
1-ое условие.
Скорость подхода жидкости к отверстию мала по сравнению со скоростью истечения жидкости, что выполняется при
ωΩ ≥ 4 ,
где Ω площадь поперечного сечения (1-1) бака (рисунок 12), м2; ω - площадь отверстия, м2.
2-ое условие.
Скорости движения жидкости в верхней и нижней точках отверстия примерно одинаковы. Это условие выполняется при
10d ≤H,
где d диаметр отверстия, м;
Н – геометрический напор (глубина погружения центра тяжести отверстия в жидкость), м.
Как показывают опыты, струя жидкости при истечении из малого отверстия сжимается, что объясняется действием центробежных сил. Причем сжатое сечение С-С мы выбираем на расстоянии Lo=0,5d от внутренней поверхности стенки бака. Это объясняется тем, что на участке от внутренней стенки до сечения С-С движение резко изменяющееся, в сечении С-С и ниже по течению струи – плавно изменяющееся.
Степень сжатия струи характеризуется коэффициентом сжатия