Определение коэффициента трения при движении жидкости в горизонтальном трубопроводе.

Задание: 1. Определить коэффициент гидравлического трения опытным путем на лабораторной установке.

2. Установив режим движения жидкости, рассчитать коэффициент гидравлического трения по известным эмпирическим формулам.

3. Определить расхождение между измеренным и расчетным коэффициентом трения.

Общие сведения

При движении реальных жидкостей в трубопроводах часть механической энергии потока расходуется на преодоление сил гидравлических сопротивлении.

Потеря напора на прямых участках трубопроводов, объясняется трением между слоями жидкости, а также между жидкостью и внутренней поверхностью трубы. Эти потери энергии называют потерями напора по длине и выражают в метрах столба перекачиваемой жидкости. Потери напора по длине h определя­ются по формуле Дарси-Вейсбаха:

, м , (5.1)

где – коэффициент сопротивления трения по длине;

, d – длина и диаметр трубопровода;

υ – средняя скорость потока;

g – ускорение свободного падения,

или в единицах давления (потери давления):

, Па (5.2)

Коэффициент является безразмерной величиной, зависящей от ряда характеристик: диаметра и шероховатости трубы, вязкости и скорости движения жидкости, т.е. зависит от режима движения жидкости и шероховатости трубопровода. Влияние этих характеристик на величину , проявляется по разному при различных режимах движения жидкости в трубе. В одном диапазоне чисел Рейнольдса Re,на величину влияет в большей степени скорость потока, в другом диапазоне преобладающее воздействие оказывают геометрические характеристики – диаметр и шероховатость трубы (высота выступов шероховатости ).

В связи с этим различают четыре области сопротивления, в которых изменение имеет свои закономерности.

Первая область – область ламинарного течения. Она ограничивается значениями Re < 2320. Коэффициент , в этой области зависит только от Re и не зависит от шероховатости:

(5.3)

Вторая область – гидравлически гладких труб. Поток в трубопрово-де при этом турбулентный, но у стенок трубы сохраняется ламинарный слой жидкости. Тубопроводы считаются гидравлически гладкими, если толщина ламинарного слоя больше высоты ∆ выступов шероховатости. Для гидравлически гладких труб в диапазоне изменения чисел Рейнольдса 2320 < Re < 310⁶ для определения рекомендуется формула Конакова:

= (l,8×lgRe-l,52) (5.4)

При числах Рейнольдса Rе / коэффициент для гладких труб можно определить по более простой зависимости, предложенной Блазиусом.

(5.5)

Третья область – переходная от области гидравлически гладких к области гидравлически шероховатых труб. Здесь толщина ламинарного слоя равна или меньше выступов шероховатости

Четвертая область - область гидравлически шероховатых труб или квадратичного сопротивления. Пристанного ламинарного слоя в этой области нет. Основное влияние на сопротивление потоку оказывает шероховатость труб. В этой области коэффициент сопротивления λ зависит от шероховатости и потери напора в трубопроводе пропорциональны квадрату скорости

(5.6)

Эта область сопротивления названа квадратичной.

Коэффициент для третьей и четвертой областей, т. е. при Re>20 d/∆ с удовлетворительной точностью можно подсчитать по формуле Альтшуля:

(5.7)

Абсолютная шероховатость ∆ определяется по средним значениям высоты выступов микро неровностей внутренней поверхности трубы и является справочной величиной.

Лабораторная установка

Схема лабораторной установки представлена на рис. 5.1. Установка состоит из бака 11, служащего одновременно основанием установки, напорного резервуара 5. панели пьезометрических трубок 7, исследуемого трубопровода 6 и мерного бака 10.

Внутри бака 11 установлен насос 1. На передней панели выведены ручки управлению краном подвода 3, краном слива мерного бака 12 и краном слива воды из исследуемой трубы 9. Рабочий уровень в мерном баке контролируется визуально.

Уровень внапорном баке контролируется сливной трубой 6.

Порядок выполнения работы

Перед началом опытов записать исходные данные в отчет ℓ=1м, d=10мм. Краном 9 установить расход жидкости и определить среднюю скорость течения:

см/с

Расход определяется опытным путем по шкале мерного бака и секундомеру.

W – объем по шкале мерного бака, см³

t – время заполнения этого объёма, с.

Цена делениями минимальной шкалы мерного бака – 200 см³. Измерить температуру воды и по таблице 5.1 определить её кинематическую вязкость в зависимости от температуры.

Таблица 5.1.

Вычислить число Рейнольдса и определить зону гидравлических сопротивлений:

.

Вычислить для найденной зоны коэффициент трения _расч по одной из рекомендованных формул. Определить коэффициент опыт опытным путем. Для этого из уравнения Дарси-Вейсбаха выразим:

.

Величину потерь напора по длине определяют по показаниям пьезометров.

Подсчитать расхождение в % между экспериментальным и расчётным значениями коэффициента трения :

Таблица 5.2

Наименование	Условное	Единицы	Номера замеров
величин	обозначение	измерения
Объём жидкости в мерном баке Время заполнения объёма Расход жидкости Средняя скорость потока Число Рейнольдса Потери напора Коэффициент трения по опытным данным Коэффициент трения расчётный Расхождение между и	W t   Q   Re	см c   см /с см/с   — см.в.ст. —   —   —

Контрольные вопросы

1. Порядок выполнения работы и устройство лабораторного стенда.

2. Методика экспериментального определения коэффициента гидравлического трения.

3. Методика расчётного определения коэффициента гидравлического трения

4. Какие факторы влияют на величину потерь напора на трение на линейных участках трубопровода.

5. Дать понятие о гидравлически гладких и шероховатых трубах.

6. Как рассчитать режим движения жидкости при движении ее в цилиндрической трубе и в русле произвольной формы?

Лабораторная работа №6

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: