Определение потерь напора по длине трубопровода

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Цель работы - изучение потерь напора по длине при установившемся равномерном турбулентном движении жидкости и проверка расчетных зависимостей для определения потерь.

Для этого:

- Определить расчетным путем величину потери напора и коэффициента гидравлического трения (коэф. Дарси) для 2-х значений расхода Q₁ и Q₂ (можно и большее количество значений).

- Определить опытным путем величину потерь напора и коэффициента Дарси для тех же значений расхода.

- Сопоставить расчетные и опытные данные.

Основные положения и расчетные зависимости

При движении реальных жидкостей возникают силы сопротивления. На их преодоление затрачивается часть энергии, которой обладает движущаяся жидкость.

Потери энергии (напора) по длине h_l при движении вязкой жидкости в напорном трубопроводе определяются по формуле Дарси – Вейсбаха

где λ - коэффициент сопротивления трения по длине (коэфф. Дарси);

l, d - длина и диаметр трубопровода;

V - средняя скорость;

g - ускорение свободного падения.

Коэффициент λ является безразмерной переменной величиной, зависящей от ряда характеристик: диаметра и шероховатости трубы, вязкости и скорости жидкости.

Влияние этих характеристик на величину λ проявляется по разному при различных режимах движения в трубе. В одном диапазоне измерение чисел Рейнольдса на величину λ влияет в большей степени скорость, в другом диапазоне преобладающее воздействие оказывают геометрические характеристики: диаметр и шероховатость трубы (высота выступов шероховатости Δ ).

В связи с этим различаются четыре области сопротивления, в которых изменение λ имеет свою закономерность.

Первая область - область ламинарного течения. Она ограничивается значениями Re < 2320, а λ в этой области зависит от Re и не зависит от величины выступов шероховатости.

При этом значении λ потери напора по длине трубы пропорциональны первой степени скорости

Все остальные области сопротивления находятся в зоне турбулентного режима с различной степенью турбулентности.

Вторая область - гидравлически гладкие трубы. Поток и трубе при этом турбулентный, но у стенок трубы сохраняется слой жидкости, в пределах которого движение остается ламинарным.

Трубы считаются гидравлически гладкими, если толщина ламинарного слоя δ больше высоты Δ выступов шероховатости. Для гидравлически гладких труб в диапазоне изменения чисел Рейнольдса 2320 < Re < 3·10⁶ для определения λ применима формула Конакова

При числах Re < 10⁵ коэффициент λ для гладких труб можно определить по более простой зависимости, предложенной Блазиусом

Третья область - переходная от области гладких труб к квадратичной. Здесь толщина ламинарного слоя δ равна или меньше выступов шероховатости Δ , которые в этом случае выступают как препятствия у стенок, увеличивая турбулентность, а следовательно, и сопротивления в потоке. Для определения в переходной области может быть применима формула Френкеля

Потери напора по длине трубы в переходной области сопротивления пропорциональны скорости в степени от 1, 75 до 2, 0.

Четвертая область - область гидравлически шероховатых труб или квадратичного сопротивления. Пристенного ламинарного слоя в этой области нет. Основное влияние на сопротивление потоку оказывает шероховатость трубы. Чем больше выступы шероховатости, тем большую турбулентность они вызывают и тем больше будут затраты энергии в потоке на преодоление сопротивлений. В квадратичной области сопротивления коэффициент λ не зависит от скорости.

По формуле Никурадзе

где r - радиус трубы, мм;

Δ - высота выступов шероховатости, берется по справочным данным.

Так в этой области λ не зависит от скорости, то потери напора пропорциональны квадрату скорости

Поэтому эта область сопротивления названа квадратичной.

Применяются и другие формулы, смотри таблицу 4.2.

Порядок работы

Перед началом опытов записать исходные данные в отчет.

1. Установить расход и определить среднюю скорость течения.

Расход определить опытным путем по мерному бачку и секундомеру.

2. Измерить температуру воды на выходе исследуемой трубы.

3. По таблице 4 определить кинематическую вязкость в зависимости от температуры.

Таблица 4.1

t °С
ν см²/с	0, 0115	0, 0112	0, 0109	0, 0106	0, 0104	0, 0101	0, 010	0, 0099

4. Вычислить число Рейнольдса.

Таблица 4.2 - ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДАРСИ λ

Зона сопротивления	Режим течения	Границы зоны	Расчетные формулы
I	Ламинарный	Re < 2300
II	Турбулентный гладкостенный	4000 ≤ Re ≤ 20	Блазиуса ;	Для всех турбулентных режимов Формула Альтшуля
Конакова
III	Турбулентный доквадратнчный	20 < Re ≤ 500	Френкеля
IV	Турбулентный квадратичный	Re > 500 —	Шифринсона
Никурадзе

5. Определить зону гидравлических сопротивлений.

6. Вычислить для найденной зоны коэффициент Дарси λ. по одной из приведенных формул.

7. Определить потери напора по длине

8. Найти потерю по длине по шкалам пьезометров установки

h_l = h₁ – h₂

9. Определить коэффициент гидравлического трения (коэфф. Дарси) по данным эксперимента.

10. Подсчитать расхождения в процентах между экспериментальными значениями λ _оп и подсчитанными путем расчета λ _рас по зависимости

Рис. 4.1. Конструктивная схема установки

Таблица 4.3 - Определение потерь напора по длине

№ п/п	Наименование величин	Ед. изм.	Результаты

	Расход, Q	см²/с
	Число Рейнольдса, Re
	Зона гидравлических сопротивлений
	Коэффициент гидравлического трения, (расчетный)	λ _рас
	Скорость, V	см/с
	Потеря напора по длине, λ _l (по формуле 1.1)	см
	Отсчет по пьезометру 1, h₁	см
	Отсчет по пьезометру 2, h₂	см
	Потеря напора по длине h_l = h₁ – h₂	см
	Коэффициент гидравлического трения (из формулы 1.1) λ
	Для потери напора	%
	Для коэффициента гидравлического трения	%

Лабораторная работа 5

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒