Описание лабораторной установки

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет»

Строительный институт

Кафедра гидравлики

Лабораторная работа № 4

  Гидравлическое сопротивление по длине

Трубопровода

Методические указания к лабораторной работе

для студентов всех форм обучения

Екатеринбург

2017

УДК 62-585.2.001.4

Составитель В.А. Дорошенко

Научный редактор доц., канд. техн. наук А.В. Некрасов

Гидравлическое сопротивление по длине трубопровода:

Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам: «Гидравлика», «Гидрогазодинамика», «Механика жидкости и газа» / В.А. Дорошенко. Екатеринбург: ФГАОУ ВО УрФУ, 2017. 11с.

Указания к лабораторной работе включают: цель работы, схему установки, порядок проведения опытов и обработки результатов экспериментов, форму и содержание отчета. Даны контрольные вопросы для самопроверки и тестирования.

Библиогр.: 2 назв. Рис. 2 . Табл. 2.

 Подготовлено кафедрой гидравлики.

© ФГАОУ ВО УрФУ, 2017

1. Общие положения

     Гидравлическое сопротивление по длине трубопровода и потери напора обусловлены вязким внутренним трением между жидкими частицами и прямо пропорционально длине трубопровода и скоростному напору потока. Потери напора h_l, вызываемые данными гидравлическими сопротивлениями, определяются по закону Дарси:

h_l = λ _,                                              (1)

где λ – коэффициент гидравлического трения;

      l – длина трубопровода;

      d – диаметр трубопровода;

      υ – средняя по сечению скорость потока.

      При ламинарном режиме течения жидкости коэффициент трения λ является функцией числа Рейнольдса (Re) и определяется по формуле:

λ_лам.= .                                  (2)

      При турбулентном течении различают три зоны (области) сопротивления: зону гидравлически гладких труб, зону гидравлически шероховатых труб и переходную зону (см. график Мурина).

В зоне гидравлически гладких труб толщина ламинарной пленки (δ), образующейся на стенке трубы, больше высоты неровностей шероховатости (∆) на стенке трубы: δ > ∆. В этой зоне коэффициент трения (λ_гл.) не зависит от шероховатости трубы и является функцией только числа Рейнольдса. При значениях Re < 10⁵ коэффициент трения λ_гл. может быть определён по эмпирической формуле (Блазиуса):

λ_гл.= .                                 (3)

В зоне гидравлически шероховатых труб толщина ламинарной пленки меньше высоты выступов шероховатости (δ < ∆). Коэффициент трения для этой зоны (называемой квадратичной) λ_кв. зависит только от относительной шероховатости Δ/d и может быть вычислен по формуле (Шифринсона):

λ_кв=0,11( )^0.25,                             (4)

В переходной зоне (зоне смешанного трения) толщина ламинарного слоя приблизительно равна высоте выступов шероховатости (δ ∆), поэтому коэффициент трения λ_см.тр. в этой зоне является функцией как числа Рейнольдса, так и относительной шероховатости. Он может быть вычислен по универсальной формуле (А.Д. Альтшуля):

λ_см.тр.= 0,11(  + )^0.25.                         (5)

Толщина ламинарного пограничного слоя δрассчитывается по формуле:

                                            (6)

Цели и содержание работы

1.Определить опытное значение коэффициента гидравлического сопротивления по длине трубы  λ_оп.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис.1) включает: напорный бак 1, в котором поддерживается постоянный уровень воды; входной кран 3; трубопровод 2, пьезометры, присоединённые к рабочему участку трубопровода 4,5; пробочный кран 6 для регулирования расхода в трубе; расходомерный бак 7 с водомерным стеклом 8; сливной кран 9 для опорожнения бака, термометр 10 для измерения температуры воды.

Порядок проведения опытов

1. Закрыть сливной кран 9 и открыть кран 3.

2. Установить краном 6 максимально возможный расход воды Q, соответствующий минимальному показанию пьезометра 5.

3. Измерить время t наполнения фиксированного объёма воды в мерном баке 7.

4. Записать показания пьезометров: 4, подключённого в начальном сечении рабочего участка, и 5, подключённого в конце участка.

 5. Уменьшить скорость воды в трубе путём прикрытия крана 6 и вновь произвести измерения времени наполнения фиксированного объёма W и показаний пьезометров 4 и 5.

6.Измерить температуру воды и определить коэффициент кинематической вязкости v по таблице.

По окончании опытов закрыть кран 6 и открыть сливной кран 9 для опорожнения мерного бака.