- •1. ЦелЬ работы
- •2. Общие сведения
- •Внезапное расширение.
- •Внезапное сужение.
- •Внезапный поворот трубы.
- •Угольник
- •3. Содержание лабораторной работы
- •Устройство и принцип действия учебной установки
- •5. Охрана труда при выполнении лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •7. Обработка опытных данных
- •8. Содержание отчёта по лабораторной работе
- •9. Контрольные вопросы
- •Список литературы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра гидравлики и гидравлических машин
Экспериментальное определение коэффициентов местных ГИДРАВЛИЧЕСКИХ сопротивлений в трубопроводах
Методические указания к лабораторной работе №9 для студентов всех видов обучения
Пермь 2012
Составители: Маргарита Юрьевна Никитская, Максим Исаакович Хазанов, Александр Викторович Горбунов.
Экспериментальное определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений в трубопроводах. Методические указания к лабораторной работе №9 / Составители М.Ю. Никитская, М.И. Хазанов, А.В. Горбунов. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012г. – 19 с.
Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Гидравлики и гидравлических машин» 9 февраля 2012 г.
Завкафедрой
гидравлики и гидравлических машин,
д.т.н., профессор Е.М. Набока
Приведены основные сведения о возникновении местных гидравлических сопротивлениях и природе потерь механической энергии в них, дано описание учебной установки «Гидродинамика ГД-05М», изложена последовательность проведения эксперимента и порядок обработки опытных данных.
Иллюстраций 6. Библиография 6 назв. Таблиц 5.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2012 г.
1. ЦелЬ работы
1.1.Ознакомиться с природой потерь в местных гидравлических сопротивлениях;
1.2.Изучить учебную установку "Гидродинамика ГД-05М";
1.3.Экспериментально определить коэффициенты местных гидравлических сопротивлений.
1.4.Определить коэффициенты местных гидравлических сопротивлений по формулам и сравнить их с коэффициентами, найденными экспериментально.
2. Общие сведения
Местное гидравлическое сопротивление представляют собой короткий участок трубопровода, на котором скорость потока изменяется по величине или направлению в результате изменения размеров или формы сечения трубопровода, а также направления его продольной оси.
Потери механической энергии, возникающие при деформации потока в местном сопротивлении, отнесённые к единице веса протекающей жидкости, называются потерями напора и рассчитываются по формуле
, (1)
где – безразмерный коэффициент местного сопротивления;
– средняя скорость потока жидкости в характерном сечении трубопровода (обычно это сечение берётся непосредственно перед местным сопротивлением или после него).
Все местные сопротивления разделяют на простые и сложные.
К простым местным сопротивлениям относятся:
внезапное расширение русла (рис. 1, а);
постепенное расширение русла (диффузор) (рис. 1, б);
внезапное сужение русла (рис. 1, в);
постепенное сужение русла (конфузор) (рис. 1, г);
резкий поворот русла (колено) (рис. 1, д);
плавный поворот русла (отвод) (рис. 1, е);
плавный поворот русла (угольник) (рис. 1, ж).
Все остальные местные сопротивления относят к сложным, которые представляют собой ту или иную комбинацию простых местных сопротивлений[2].
Потери напора на местных сопротивлениях складываются из вихревых потерь и потерь на трение.
Известно, что потери на трение вызываются торможением потока стенками, которое приводит к неравномерному распределению скоростей по сечениям потока и к появлению напряжений трения между смещающимися струйками жидкости.
В местных гидравлических сопротивлениях, там, где имеет место деформация потока, неравномерность распределения скоростей возрастает, что вызывает увеличении местных потерь.
Рис.1 Классификация простых местных сопротивлений
Вихревые потери связаны с отрывами потока от стенок, возникающими при резких изменениях конфигурации русла. При этом происходят интенсивные вихреобразования, которые приводят к значительному увеличению местной потери напора.
Значение в общем случае зависит от формы местного сопротивления, шероховатости его стенок, условий входа и выхода потока из него и основного критерия динамического подобия напорных потоков – числа Рейнольдса.
Число Рейнольдса определяется по формуле
,
где – средняя скорость потока жидкости;
– внутренний диаметр трубы;
– кинематическая вязкость жидкости.
Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (сечения перед и после данного местного сопротивления)
, (2)
где – пьезометрические напоры (показания пьезометров) в сечениях до и после данного местного сопротивления;
– скоростные напоры в сечениях до и после данного местного сопротивления;
– потерянный напор на данном местном сопротивлении.
Из (2)
, (3)
Для всех местных сопротивлений, кроме внезапного расширения и внезапного сужения, второе слагаемое в формуле (3) равно нулю;
Коэффициент местного сопротивления
, (4)
где - скоростной напор в меньшем сечении перед или после местного сопротивления.
Для простых местных сопротивлений коэффициенты могут быть рассчитаны по эмпирическим зависимостям [3, 4], а для сложных – определяются экспериментально.