5.1. Основные теоретические сведения

При движении жидкости по трубопроводу часть ее энергии тратится на преодоление сопро­тивления по длине. Потери энергии рассчитываются по формуле:

,

(18)

где λ – коэффициент сопротивления трения по длине;

l – длина трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода, м;

v – средняя скорость жидкости, м/с.

Теоретически коэффициент сопротивления λ можно рассчитать только для ламинарного режима. Для турбулентного режима  определяется опытным путем и для его расчета используют экспериментальные данные.

Коэффициент сопротивления λ является безразмерной переменной величиной, зависящей от ряда характеристик: диаметра трубы, шероховатости ее стенок, вязкости и скорости жидкости. Влияние указанных характеристик проявляется по-разному при различных режимах движения жидкости. В одном диапазоне значений числа Re на коэффициент λ влияет в большей степени скорость жидкости, в другом – геометрические характеристики – диаметр и шероховатость трубы. Буквой k_э принято обозначать значение эквивалентной шероховатости. Под эквивалентной шероховатостью понимают такую высоту выс-тупов шероховатости, образованной из песчинок одинаковых размеров (шероховатость Никурадзе), которая дает при расче­тах одинаковое с заданной шероховатостью значение коэффициента сопротивления λ. Таким образом, k_э трубопроводов определяется не прямыми измерениями высоты выступов, а с по-мощью гидравлических испытаний.

В зависимости от числа Re коэффициент λ_р рассчитывается по формулам:

	Re < 2320, λр = 64 / Re;	(19)
	4,5∙103 < Re < 105, λр = 0,3164 / Re0,25;	(20)
	105 < Re < 3∙106, λр = 0,032 + 0,221 / Re0,237.	(21)

При турбулентном режиме для определения коэффициента  часто используется универсальная формула (формула Альтшуля):

.

(22)

5.2. Описание лабораторной установки

Работа выполняется на стенде гидравлическом универсальном ТМЖ-2 с модулем 1. Мо­дуль представляет собой трубу диаметром 0,015 м (рис. 15), на которой выделен участок длиной 0,3 м. Потеря напора на участке определяется по показаниям пьезометров. Расход жидкости измеряется с помощью ротаметра.

Рис. 15. Схема лабораторной установки

5.3. Порядок проведения опытов и вычислений

1. Подготовить стенд ТМЖ-2 к работе: включить насос и освободить напорный бак от воздуха.

2. Установить минимальный расход жидкости и измерить его с помощью ротаметра.

3. Зафиксировать показания пьезометров и записать их в табл. 5.

4. По результатам измерений рассчитать потерю напора, среднюю скорость, коэффициент сопротивления, число Рейнольдса.

5. Данные расчетов занести в табл. 5.

6. Построить график зависимости λ_э = λ(Re).

Для получения зависимости λ_э = λ(Re) следует выполнить не менее 8 – 10 опытов при раз­ных расходах жидкости.

7. Построенный график λ_э = λ(Re) наложить на график Никурадзе и сделать вывод о зоне сопротивления, в которую попали опытные точки и значение относительной эквива­лентной шероховатости k_э.

8. По полученным числам Re подобрать формулу и определить расчетные значе­ния λ_р. Сравнить экспериментальные и расчетные значения коэффициентов сопротивления.

Таблица 5

Результаты измерений и расчета значения коэффициента сопротивления  прямого участка трубы

Показатель	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6	7	8
Пьезометрический напор в сечении 1 , м
Пьезометрический напор в сечении 2 , м
Потеря напора (hp = h1 – h2), м
Расход жидкости Q, м3/с
Средняя скорость жид-кости , м/с
Коэффициент сопротивления
Число Рейнольдса
Температура воды Т, °С
Коэффициент кинематической вязкости ν, м2/с
Относительная эквивалентная шероховатость kэ/d
Расчетное значение λр

Лабораторная работа 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МЕСТНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ВНЕЗАПНОМ РАСШИРЕНИИ ПОТОКА

Цель работы: экспериментальным путем определить значение коэффициента местного сопротивления _в.р и найти его зависимость от числа Рейнольдса в потоке.