Лабораторная работа № 5. Основные понятия. При движении жидкости в трубах часть механической энергии потока расходуется на преодоление сил трения

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПО ДЛИНЕ

Основные понятия. При движении жидкости в трубах часть механической энергии потока расходуется на преодоление сил трения, т.е. переходит в тепловую. Потери энергии можно разделить на два вида: потери по длине потока h и местные потери h_r. Первые обусловлены равномерно распределенными по длине потока касательными напряжениями. Потери по длине определяются по формуле Дарси-Вейсбаха. Коэффициент гидравлического трения l в общем случае зависит от числа Re и относительной шероховатости D_Э, где D_Э - эквивалентная равнозернистая шероховатость, при

d которой потери на трение те же, как и в аналогичной трубе с естественной неоднородной шероховатостью.

Цель работы. Исследование зависимости коэффициента от числа Re и относительной шероховатости трубопровода , т.е. от следующих факторов: физических свойств жидкости (плотности, динамической и кинематической вязкости жидкости); геометрии потока (размеров и формы поперечного сечения, абсолютной шероховатости); характеристик движения (режима движения, толщины пограничного слоя, средней скорости).

Цель достигается анализом нанесенных на график Никурадзе или Мурина определенных в эксперименте коэффициентов Дарси.

Методика проведения и обработки эксперимента

Исследования проводятся на одном, двух или 3-х трубопроводах.

Диаметры и длины трубопроводов:

Потери напора на заданном расстоянии измеряют дифференциальным пьезометром. Расход с помощью мерного бака. В конце каждого из трех трубопроводов имеется вентиль для регулировки расхода. Потеря удельной энергии по длине трубы на рабочем участке между двумя сечениями определяется по уравнению Бернулли как разность полных удельных энергий в этих сечениях

При установившемся равномерном движении и при постоянном диаметре трубопровода

Тогда т.е. потери энергии определяются разностью пьезометрических напоров в начальном и конечном сечениях рабочего участка трубопровода и могут быть измерены дифференциальным пьезометром.

Расход определяется объемным способом. Температура воды Т°С измеряется термометром.

Опыты проводятся при различных расходах. Коэффициент Дарси (гидравлического трения) l определяется из формулы Дарси-Вейсбаха. При работе трубопровода в квадратичной области сопротивления определяют величину эквивалентной шероховатости трубопровода из формулы . По вычисленным величинам строится график зависимости

Результаты измерений и обработки сводятся в табл.5.1.

Таблица 5.1.

№ № п/п

W, л

W, л

DW W, л

Dt t, с

Q, л/с

d, мм

см

v, см с

2g, см

h, см

l

см2 с

Re

DЭ d

Вопросы для самопроверки

1. Объяснить физические причины потерь энергии по длине при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости.

2. Написать формулу Дарси-Вейсбаха и объяснить, от каких факторов в общем случае зависят потери энергии на трение по длине и коэффициент Дарси (гидравлического трения) l.

3. Влияет ли внутренняя шероховатость трубопровода на потери по длине при: а) ламинарном режиме движения, б) турбулентном режиме в квадратичной области сопротивления?

4. Известно, что потери по длине пропорциональны средней скорости движения жидкости. Чему равен показатель степени х₁ и х₂ при ламинарном режиме движения h = f(…, V^X), турбулентном режиме движения (квадратичная область сопротивления) h = f(…, V^X)?

5. Что такое гидравлически гладкие и шероховатые поверхности?

6. Влияет ли вязкость жидкости на потери по длине при:

А) ламинарном режиме,

Б)турбулентном режиме в квадратичной области сопротивления?

7. Ламинарный режим движения. В процессе работы гидросистемы жидкость в ней нагревается. Все остальные параметры потока не меняются. Будут ли постоянными потери напора по длине?

8. То же при турбулентном режиме движения (см.вопрос 7)

А)в области гидравлически гладких труб,

Б)в квадратичной области сопротивления.

9. Объяснить понятие «эквивалентная шероховатость». Как она может быть определена?

10. В процессе работы гидросистемы пришлось заменить старый трубопровод на новый, причем уменьшилась относительная шероховатость при неизменном диаметре трубопровода. Изменится ли коэффициент гидравлического трения, если имеет место:

1) ламинарный режим движения,

2) турбулентный режим движения,

а) область гидравлически гладких труб,

б) область квадратичного сопротивления,

в) переходная область сопротивления.

11. От каких параметров зависит толщина вязкостного подслоя?

12. Как сказывается на потерях напора по длине при переходе от ламинарного к турбулентному режиму влияние: а) вязкости, б) средней скорости потока?