Лабораторная работа № 5. Потери в местных сопротивлениях обусловлены изменением скорости движения потока в них по направлению и величине

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА В МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Потери в местных сопротивлениях обусловлены изменением скорости движения потока в них по направлению и величине, искривлением линий тока, образованием вихревых областей и вторичных течений.

Цель работы. Изучить особенности течения жидкости на участках местных сопротивлений. Определить величину потерь энергии (h_м) и коэффициентов местных сопротивлений (z) рассматриваемых устройств из формулы

h_м = zхu²/2g, (5.1)

где u - средняя скорость потока за сопротивлением.

Методика проведения и обработки эксперимента

Работа начинается с рассмотрения физической, качественной стороны явлений. Анализируется влияние деформации потока на величину потерь в местных сопротивлениях.

Местные сопротивления располагаются последовательно на составном трубопроводе. В начале трубопровода установлен кран с помощью которого регулируется величина расхода. На каждом сопротивлении установлен дифференциальный манометр (рис. 5.1). Вытекающий из трубопровода поток воды попадает в мерный бак, с помощью которого измеряется величина расхода.

Открывая регулировочный кран, устанавливаем расчетный режим, ориентируясь на показания дифференциальных манометров, чтобы их величина была в диапазоне 3…5 см. Регистрируются показания дифференциальных манометров (DH_p) и измеряется величина расхода объёмным способом. Измеренные величины заносятся в таблицы 5.1 и 5.2.

Величину потерь энергии в местном сопротивлении, находим из уравнения Бернулли, составленного для точек в сечениях с плавно изменяющимся движением перед и за сопротивлением (рис.5.1)

h_м = (z₁ + p₁/rg + au₁²/2g) – (z₂ +p₂/rg + au₂²/2g) =

(z₁ + p₁/rg) – (z₂ + p₂/rg) + au₁²/2g - au₂²/2g =

= DH_p + au₁²/2g - au₂²/2g. (5.2)

Учитывая, что в опытах устанавливается развитый турбулентный режим коэффициент Кориолиса в расчетах допустимо принимать равным 1,0.

Определив величину расхода Q по данным табл. 5.1., и потери в местных сопротивлениях (h_м), находим величины коэффицентов сопротивлений z из формулы (5.1). В завершении подсчитываются числа Рейнольдса по средней скорости потока за сопротивлениями, принимая кинематическую вязкость из табл. 4.1.

Расчеты помещаем в табл. 5.2.

Определение расхода Табл.5.1

Определение коэффициентов местных сопротивлений Табл. 5.2

Рис.5.1 Схемы местных сопротивлений

В отчет по лабораторной работе поместить рисунки рассмотренных местных сопротивлений с приборами для измерения разности пьезометрических напоров.

Общие вопросы

1. Что такое местное сопротивление? Чем обусловливаются потери напора в местном сопротивлении?

2. Напишите формулу Вейсбаха. Как местные потери энергии и коэффициенты местного сопротивления зависят от вида местного сопротивления и от числа Рейнгольдса?

3. Объясните понятие «зона влияния местного сопротивления». Каковы особенности кинематики потока в пределах зоны влияния? Как может зависеть потеря энергии в местном сопротивлении и его коэффициент от влияния близко расположенного другого местного сопротивления (привести примеры)?

Вопросы для самопроверки