новая папка 1 / 241561

УДК 532 (07) Е 721

Рецензент В.А. Стерлигов

Ермаков, О.Н.

Е 721 Определение коэффициента гидравлического трения при движении воздуха в круглой трубе [Текст]: методические указания к лабораторной работе № 4 / сост. О.Н. Ермаков, Е.М. Крамченков. – Липецк: Издательство ЛГТУ,

2013. – 14 с.

В методических указаниях представлена методика экспериментального определения коэффициента гидравлического трения при движении воздуха в круглой трубе. Приведены формулы для теоретического расчета коэффициента трения при ламинарном и турбулентном режимах движения в гидравлически «гладких» и «шероховатых» трубах.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 3 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий

государственный технический университет», 2013

2

Содержание

1. Общие правила техники безопасности……………………………………4

2. Цель работы………………………………………………………………...4

3. Основные положения………………………………………………………5

4. Описание экспериментальной установки………………………………...8

5. Порядок проведения работы………………………………………………8

6.Журнал наблюдений………………………………………………………..9

7. Обработка результатов опыта……………………………………………..9

8. Оформление отчета по лабораторной работе…………………………...12

9. Контрольные вопросы……………………………………………………12

10. Библиографический список……………………………………………..13

11. Приложение……………………………………………………………...13

3

1.Общие правила техники безопасности

1.1. Перед началом работы тщательно проверить правильность настройки установки и измерительных приборов.

1.2.Все электроустановки должны быть соответствующим образом заземлены.

1.3.Начинать эксперимент следует только после разрешения представителя технического персонала кафедры или преподавателя.

1.4.Запрещается производить действия, не предусмотренные порядком проведения лабораторной работы.

1.5.В случае возникновения нештатной ситуации прекратить выполнение работы и немедленно поставить в известность преподавателя или представителя технического персонала кафедры.

1.6.Повторно включать лабораторную установку после устранения нештатной ситуации можно только с разрешения представителя технического персонала кафедры.

1.7.После выполнения лабораторной работы следует отключить установку согласно инструкции по эксплуатации.

2. Цель работы

Определение потерь напора или давления в трубах при различных режимах движения жидкости является одним из основных вопросов при изучении гидрогазодинамики.

Результаты многочисленных опытов показывают, что потери напора зависят от скорости течения, диаметра труб, вязкости жидкостей и шероховатости стенок труб. В свою очередь шероховатость зависит от способа изготовления и материала труб, от вида механической обработки внутренней поверхности, наличия коррозии, отложения осадка и т.д.

Эти параметры оказывают значительное влияние на величину коэффициента гидравлического трения и потери напора. Поэтому определение коэффициента гидравлического трения является важной задачей.

4

Цель данной работы – изучить природу и особенности возникновения потерь давления при движении воздуха в цилиндрической трубе. Экспериментально определить коэффициент гидравлического трения и сравнить его со значениями, полученными по теоретическим формулам.

3. Основные положения

При движении жидкости или газа по трубам часть давления (напора) расходуется на преодоление различных сопротивлений, в том числе на сопротивление по длине. Потери давления (напора) объясняются трением частиц жидкости о стенки трубы, а также внутренним трением друг о друга.

Потери давления на трение, независимо от режима движения, определяют по формуле Дарси

жидкости (газа), кг/м3; w – средняя скорость движения жидкости, м/с.

В общем случае значение коэффициента трения зависит от режима движения жидкости (газа) в трубе и от эквивалентной шероховатости материала стенок трубы, т.е. f Re, э . Режим движения жидкости (газа)

определяется значением числа Re :

э – эквивалентная шероховатость, т.е. такая величина равномерной

5

зернистой шероховатости, при которой значения коэффициента трения соответствуют значениям при естественной шероховатости.

При ламинарном режиме движения жидкости величину определяют по

коэффициент трения определяют по формуле Кольбрука-Уайта

6

Для определения области сопротивления наряду с приведенной выше методикой используют следующий подход. Согласно гипотезе Прандтля, непосредственно у стенки, ограничивающей турбулентный поток, возникает ламинарный подслой, так как скорости движения в нем будут небольшими. Толщину ламинарного подслоя («пленки») вычисляют по формуле

68,4 2

л Re0 ,875 . (11)

Если толщина ламинарного подслоя больше выступов шероховатости

(рис.1а), т.е. л э , то труба считается гидравлически гладкой. В таких трубах преобладает внутреннее трение и коэффициент трения зависит в основном от числа Re . При л э трубу считают гидравлически шероховатой (рис.1б). В

таких трубах преобладает трение о неровности (шероховатость) и коэффициент трения не зависит от скорости. В случае гидравлически гладкой трубы коэффициент трения определяют по формулам (4) и (5). Для шероховатых труб используют формулы (6) и (7).

Рис.1. Ламинарный подслой и выступы шероховатости в трубах:

а – гидравлически гладких; б – гидравлически шероховатых.

7

4. Описание экспериментальной установки

При проведении эксперимента воздух подается компрессором 1 в медную трубу. Расход воздуха регулируется вентилем 2 и определяется при помощи расходомера Вентури 3 и U - образного манометра 4 по графику. Перепад давления по длине трубы определяют с помощью U - образного манометра 5.

Рис.2. Схема экспериментальной установки

5. Порядок проведения работы

Работа выполняется в присутствии технического персонала кафедры.

1.Включают компрессор и устанавливают заданный перепад давлений на расходомере Вентури.

2.По установленному перепаду давлений на расходомере с помощью градуировочной кривой определяют расход воздуха. Опыт повторяют при другом расходе воздуха.

3.Определяют перепад давлений по длине трубы.

4.По барометру определяют атмосферное давление.

8

5.Измеряют температуру воздуха в помещении.

6.Полученные данные заносят в журнал наблюдений.

7. Обработка результатов опыта

При расчетах необходимо использовать систему единиц СИ.

1.Измеренные перепады давления переводят в Па.

2.Вычисляют плотность воздуха с учетом измеренных величин барометрического давления ( B ) и температуры (t ) по уравнению состояния по формуле