Описание опытной установки. Лабораторная установка (рисунок 3.1) включает напорный резервуар

 

Лабораторная установка (рисунок 3.1) включает напорный резервуар, трубопровод (с прозрачным участком – для визуального наблюдения), сосуд с красителем, мерный бак.

Сосуд с красителем закреплен с помощью штатива на стенке напорного резервуара и снабжен трубкой для подачи красителя в движущийся в трубопроводе поток воды. Расход задается регулирующим вентилем и определяется с помощью мерного бака.

 

Порядок выполнения работы

 

а) напорный резервуар заполняют водой (до уровня сливной трубы, а сосуд – красителем);

б) открытием регулирующего вентиля в трубопроводе устанавливают расход, при котором имеет место ламинарное течение.

Наблюдения за характером движения жидкости осуществляют, вводя в поток краситель.

Для данного режима определят время заполнения мерного бака и температуру воды;

в) постепенно увеличивая расход воды, устанавливают переходный режим (по началу разрыва окрашенной струйки), а затем – турбулентный. Для каждого нового режима производят указанные в п. б измерения.

 

 

 

Обработка опытных данных

- по объему воды W, поступившему в мерный бак за время Т, вычисляют расход Q = W/Т и затем среднюю скорость u = Q/w (где
w - площадь поперечного сечения стеклянной трубы);

 

- по температуре воды t (в °С) определяют кинематический коэффициент вязкости n (в см²/с)

n = ; (3.2)

- по известным u, d, n вычисляют для каждого опыта значение Re.

Данные измерений и результаты вычислений заносят в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1 Определение режима движения

 

Режим движения жидкости	Данные измерений	Данные вычислений
W, л	Т, с	t, °С	Q, л/c	u, м/с	n, м2/с	Re

 

Анализ результатов. Выводы по работе

Приводится анализ визуальных наблюдений за характером движения жидкости при различных режимах. Отмечается значение критического числа Рейнольдса для опытной установки и результаты расчетного определения режима.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие режимы течения жидкости вы знаете?

2. Поясните методику опытного определения режима течения.

3. В чем принципиальное отличие турбулентного режима от ламинарного?

4. Как находится режим течения расчетным путем?

5. Дайте определение критического числа Рейнольдса.

6. Приведите примеры технических систем (устройств), в которых имеет место: а) ламинарный режим; б) турбулентный режим.

Лабораторная работа №4

Определение коэффициента гидравличсекого

Трения

 

Общие сведения

 

Равномерно движущийся в трубе (канале) поток жидкости теряет часть энергии вследствие трения о поверхность трубы, а также внутреннего трения в самой жидкости. Эти потери носят название потерь напора по длине потока или потерь напора на трение.

В соответствии с уравнением Бернулли потери напора по длине горизонтальной трубы постоянного диаметра

h_дл = , (4.1)

где – пьезометрические напоры в рассматриваемых сечениях.

Опыты показывают, что потери напора по длине пропорциональны безразмерному коэффициенту l, зависят от длины l и диаметра d трубопровода, средней скорости движения u. Указанная зависимость устанавливается известной формулой Дарси-Вейсбаха

h_дл = . (4.2)

Коэффициент l, характеризующий сопротивление трения, в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы D/d (здесь D - абсолютный размер выступов шероховатости). Однако влияние этих величин на коэффициент l при ламинарном и турбулентном режимах различно.

При ламинарном режиме шероховатость не оказывает влияния на сопротивление трения. В этом случае l = f(Re) и расчет выполняют по формуле

l = 64/Re. (4.3)

При турбулентном режиме влияние Re и D/d обусловлено значением числа Рейнольдса. При сравнительно малых Re, также как и при ламинарном режиме, коэффициент l является функцией только числа Рейнольдса Re (область гидравлически гладких труб). Для расчета здесь применимы формулы Г. Блазиуса при Re£10⁵:

l = 0,316/Re^0.25, (4.4)

и формула г.К. Конакова при Re£ 3×10⁶:

l = . (4.5)

В диапазоне умеренных чисел Рейнольдса l = f(Re, ) и хорошее совпадение с опытом дает формула А.Д. Альтшуля:

l = 0,11 (4.6)

При достаточно больших значениях Re (развитый турбулентный поток) влияние вязкого трения несущественно и коэффициент l = f(D/d) – так называемая область вполне шероховатых труб. В этом случае расчет можно выполнить по формуле Б.Л. Шифринсона:

l = 0,11 . (4.7)

Приведенные выше и другие известные эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения получены путем обработки экспериментальных графиков. Сравнивая результаты вычисления l по этим формулам с опытными значениями, можно оценить достоверность проводимых опытов.

 

 

 

 

Цель работы

 

Усвоить методику опытного определения коэффициента гидравлического трения; для условий проведения опыта установить зависимость коэффициента гидравлического трения от режима течения жидкости и сравнить полученные результаты с расчетами по эмпирическим формулам.

Методика опыта

Коэффициент гидравлического трения определяется косвенным методом с использованием формулы Дарси-Вейсбаха (4.2). При этом непосредственно из опыта находят потери напора h_дл – по разности пьезометрических напоров в начале и конце исследуемого участка трубопровода, и скорость движения u по расходу жидкости Q.

Зависимость l = f(Re) устанавливается путем проведения опытов при различных режимах движения жидкости и построения соответствующего графика.