Лабораторная работа №6 Определение коэффициента гидравлического сопротивления по длине трубопровода при напорном движении жидкости

Цель работы: Определить опытным путем коэффициент Дарси  (коэффициент гидравлического сопротивления) для трубопровода при различных скоростях движения воды. Сравнить значения коэффициентов сопротивлений, полученные из опыта _оп, с вычисленными по соответствующим формулам _т.

1. Основные положения и зависимости

При движении жидкости в трубах происходит потеря напора на преодоление сопротивлений движению (следствие работы сил трения).

Потери напора могут быть получены из уравнения Бернулли, где h_W – суммарные потери напора между выбранными сечениями, h_l – потери напора по длине, h_м – потери напора на местные сопротивления: h_W = h_l + h_м.

Для горизонтального трубопровода постоянного сечения, на котором отсутствуют местные сопротивления, уравнение примет вид

. (6.1)

Из выражения следует, что можно экспериментально определять потери напора по длине потока, измерив давления Р₁ и Р₂.

Для вычисления потерь напора по длине при движении жидкости по трубам пользуются формулой Дарси-Вейсбаха:

, (6.2)

где  – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления трению; d – внутренний диаметр трубопровода; V – средняя скорость движения.

Коэффициент гидравлического трения  в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости , т.е.

, (6.3)

здесь , где _Э - эквивалентная шероховатость.

При ламинарном режиме движения жидкости (Re < 2320)  зависит только от числа Re и определяется по формуле Стокса

 = 64/Re (6.4)

При турбулентном режиме движения существуют три зоны, в которых законы сопротивления различны.

Первая зона называется зоной гидравлически гладких труб (или зона Блазиуса). Здесь  зависит только от числа Re и определяется по формуле Блазиуса

. (6.5)

Эта формула применима для чисел Re_пр1 > Re > 2320, где Re_пр1- первое предельное число Рейнольдса, которое может быть определено по формуле

(6.6)

Вторая зона – зона смешанного трения. Здесь  зависит как от числа Re, так и от относительной шероховатости . Для этой зоны можно пользоваться формулой Альштуля (или любой другой для данной зоны)

. (6.7)

Эта формула применима для чисел: Re_пр1 < Re < Re_пр2, где Re_пр2 - второе предельное число Re, которое может быть определено по формуле

. (6.8)

Третья зона – зона вполне шероховатых труб, когда Re > Re_пр2. Здесь  зависит только от относительной шероховатости  и определяется по формуле Шифринсона

(6.9)

5. Описание экспериментальной установки

На рис. 6.1 показана схема экспериментальной установки, состоящей из горизонтального трубопровода постоянного сечения – l , на котором установлены два пьезометра на расстоянии l. Расход воды регулируется запорными вентилями 2 (начало и конец трубопровода). Измерение расхода осуществляется с помощью мерного бака 3 объемным способом.

Рис. 6.1. Схема установки для определения коэффициента гидравлического трения 