Определение коэффициентов местных сопротивлений

Задание: 1. Определить экспериментально коэффициент местного сопротивления для случая внезапного расширения потока.

2. Рассчитать для этого же случая значение коэффициента местного сопротивления по аналитической зависимости.

Общие сведения

Местные гидравлические сопротивления – короткие участки трубопроводов или каналов, в которых происходит изменение скоростей потока и возникают вихревые зоны.

Местные сопротивления бывают трех видов:

– обусловленные изменением сечения потока (внезапное и плавное сужение и расширение);

– возникающие в результате изменения направления движения потока (повороты на различные углы);

– возникающие при прохождении жидкости через запорные регулирующие и другие устройства (краны, вентили, клапаны и т.д.). см. рис. 6.1.

На рис. 6.1. показаны зафиксированные в опытах картины течений в области различных местных сопротивлений. Во всех случаях можно видеть образование отрывов и водоворотных (вихревых) зон, которые характеризуются возвратным течением. Благодаря этим течениям потери энергии в местных сопротивлениях намного превосходят потери по длине на участке той же протяженности, что и местное сопротивление.

Потери энергии в местных сопротивлениях называются местными потерями напора и определяются в долях кинетической энергии по формуле Вейсбаха:

h , (6.1)

где – средняя скорость в сечении трубопровода или канала (обычно за местным сопротивлением);

– коэффициент местного сопротивления.

Величина зависит от вида местного сопротивления, числаРейнольдса (Re), а для запорных и регулирующих устройств от степени их открытия.

В связи со сложностью структуры потока в местных сопро­тивлениях, только в отдельных случаях (например, внезапное расширение потока) h_м, и z_м, определяются теоретически. В преобладающем большинстве случаев коэффициенты z_м, найдены экспериментально и имеются в справочной литературе.

Исследованиями установлено, что z_м зависит от Re лишь при ламинарном режиме движения. В турбулентных потоках при достаточно больших Re влияние последних на величину коэффициентов z_мнезначи-тельно, поэтому их считают зависящими только от вида и конструк-тивного исполнения местного сопротивления.

Потери напора при внезапном расширении находят по фор­муле Борда:

h (6.2)

где ₁, и ₂ – средние скорости течения соответственно до и после расширения.

Таким образом, потеря напора при внезапном расширении трубопровода ровна скоростному напору от потерянной скорости.

Коэффициент сопротивления в формуле Вейсбаха (6.1.) определяя-ется выражениями:

(6.3)

(6.4)

где w_1; w₂ – площади поперечных сечений до и после внезапного расширения

Суммирование потерь энергии производится в соответствии с принципом наложения потерь, согласно которому полные потери давления на рассматриваемом участке представляют собой арифметическую сумму потерь напора, вызванную каждым сопротив-лением в отдельности.

, (6.5)

где _с - суммарный коэффициент сопротивления системы.

. (6.6)

Где – коэффициент местного сопротивления каждого из сопро­тивлений системы.

Необходимо помнить, что принцип наложения потерь напора применим, если местные сопротивления находятся друг от друга на расстоянии ≥ (20.. .50)d, где d – диаметр трубопровода.

Для коротких трубопроводов принцип наложения потерь вносит неточность, т.к. не учитывает влияние одного местного сопротивления на другое, с ним соседнее.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на той же лабораторной установке, что и предыдущая с той лишь разницей, что пьезометры подключаются к одному из имеющихся местных сопротивлений. В данном случае сопротивлением будет внезапное расширения потока. Диаметры трубо-провода до и после расширения равны 10 мм и 20 мм соответственно.

Порядок выполнения работы

Измерить диаметр трубопровода до и после местного сопротивления. Краном 9 установить расход воды и определить среднюю, скорость течения до и после расширения.

Измерить потери напора в местном сопротивлении по показаниям пьезометров 7.

Определить абсолютные погрешности измерений: объема – равную половине наименьшей цены деления мерного бака W; времени – равна наименьшей цене деления секундомера – t; потерь напора – половине наименьшей цены деления шкалы пьезометров – h.

Определить коэффициент местного сопротивления внезапного расширения по результатам измерения, используя формулу (6.1.)

Определить коэффициенты местных сопротивлений по расчетным формулам (6.3) и (6.4).

Обработка опытных данных

При обработке опытных данных заполняют табл. 6.1. Определить расход воды:

Q= , см /с.

Определить средние скорости течения до и после внезапно­го расширения.

, ,

где d₁ и d₂ – диаметры трубопровода до и после расширения.

Определить измеренный коэффициент местного сопротивления из формулы (6.1) для и .

Определить расчетные коэффициенты местных сопротивлений по формулам (6.3) и (6.4).

Определить наименьшую относительную погрешность измерения скорости и коэффициента местного сопротивления d .

где W, t, d и h – абсолютные погрешности измерений объема, времени, диаметра и потерь напора.

Таблица 6.1

Наименование величины	Обозначения	Единица измерения	Номер замера
Показания по шкале мерного бака	W	см3
Показания секундомера	t	с
Расход жидкости	Q	см3/с
Скорость потока: до расширения после расширения		см/с см/с
Потери напора	hм	см
Число Рейнольдса	Rе1 Rе2
Коэффициенты местных сопротивлений: расчетные   измеренные	zвн.р.1 zвн.р.2   zизм.1 zизм.2
Относительные погрешности измерения: скорости коэффициента zизм	dv dz

Контрольные вопросы

1. Дать определение и перечислить виды местных сопротивлений.

2. Объяснить физическую сущность потерь напора в местных сопротивлениях.

3. Какие факторы влияют на величину z_м при различных режимах движения жидкости?

4. Методика экспериментального определения z_м.

5. Как определить коэффициент сопротивления системы из нескольких местных сопротивлений?

6. Оценить погрешность измерений и достоверность результатов.

Лабораторная работа №7

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: