|
|
ОглавлениеЛекция 1. Предмет гидравлики, краткая история её развития Лекция 2. Физические свойства жидкостей Лекция 6. Гидравлические сопротивления Лекция 7. Истечение жидкости из отверстий, насадков и из-под затворов Лекция 8. Гидравлический расчет простых трубопроводов Методические указания к практическим занятиям. Введение Раздел 1. Физические свойства жидкости Раздел 2. Гидростатическое давление Раздел 3. Сила гидростатического давления на плоские стенки и цилиндрические поверхности Раздел 4. Относительный покой жидкости Раздел 5. Уравнение неразрывности. Уравнение Д. Бернулли Раздел 6. Режимы движения жидкости Раздел 7. Гидравлические сопротивления Раздел 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки Раздел 9. Основы теории подобия и моделирования 2. Гидростатическое давление жидкости 4. Поверхности равного давления и свободные поверхности 5. Уравнение бернулли для установившегося движения вязкой несжимаемой жидкости 7. Потери энергии при движении жидкости. 8. Расходомеры переменного перепада давления 9. Истечение жидкости через отверстия и насадки Лабораторный практикум на портативных установках «Капелька». Введение Лабораторная работа № 1. Изучение основных физических свойств жидкости Лабораторная работа № 2. Изучение приборов для измерения давления Лабораторная работа № 3. Режимы движения жидкости Методические указания по выполнению самостоятельной работы. 1. Общие методические указания 2. Объем дисциплины и виды учебной программы 3. Методические указания к решению заданий 4. Перечень вопросов для итогового контроля 5. Задание к самостоятельной работе Контрольно-измерительные материалы. Тесты Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу7. ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ7.1. Основные теоретические положенияПотери удельной энергии (напора), входящие в уравнение Бернулли, являются следствием того, что при движении реальной жидкости часть механической энергии потока расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений, которые зависят от режима движения жидкости, формы живого сечения и его изменения, числа Рейнольдса, характера поверхности стенок русла. Различают два вида потерь энергии (потерь напора) – потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений трения (потери напора по длине на трение) и местные гидравлические сопротивления. Сопротивления по длине проявляются на всей длине рассматриваемого участка потока. Местные сопротивления характеризуются резким изменением конфигурации живого сечения потока. 7.2. Потери напора по длинеИзвестно, что потери напора на трение по длине трубы при любом режиме движения и для любой жидкости в напорных трубах зависят от диаметра трубы d, её длины – 1, средней скорости v движения жидкости в трубе, коэффициента и определяются по формуле Дарси-Вейсбаха: (7.1) В общем случае безразмерный переменный коэффициент , называемый коэффициентом гидравлического трения, зависит от режима движения жидкости и шероховатости стенок трубы . При ламинарном течении жидкости в трубе, которое соответствует значениям числа Рейнольдса Rе 2320, для воды (7.2) для масел принимают (7.3) Формула (7.1) при использовании выражения (7.2) для воды превращается в формулу Пуазейля: (7.4) где (7.5) v – кинематический коэффициент вязкости, определяемый по формуле где t° – температура жидкости. Из формулы (7.4) следует, что при ламинарном течении жидкости гидравлические потери на трение прямо пропорциональны средней скорости потока. Кроме того, они зависят от физических свойств жидкости и геометрических параметров трубы, а шероховатость стенок трубы не влияет на потери напора на трение. В диапазоне 2320 < Re < 4000 имеет место неопределенное движение, т.е. ламинарный режим быстро меняется на турбулентный и наоборот. Трубопроводы с движением, соответствующим этой зоне, проектировать не рекомендуется из-за отсутствия расчетных зависимостей. При турбулентном режиме (Re 4000) выделяют три области сопротивления, в каждой из которых изменение имеет свою закономерность. Первая область – область гладких сопротивлений. Трубы считают гидравлически гладкими, если толщина ламинарного слоя в турбулентном потоке больше высоты э выступов шероховатости ( > э). При определении для гидравлически гладких труб в диапазоне изменения чисел Рейнольдса 4000 Re 3·106 можно использовать формулу Конакова: (7.6) При числах Рейнольдса Rе < 105 коэффициент для гладких труб можно определить по более простой зависимости, предложенной Блазиусом, (7.7) Труба считается гидравлически гладкой, если 4000 < Rе< 10d/э. Вторая область – область доквадратичных сопротивлений (10d/э <Rе < 560d/ э). Здесь толщина ламинарного слоя равна высоте выступов шероховатости э, коэффициент может быть определен по формуле Френкеля: (7.8) Третья область – область гидравлически шероховатых труб или квадратичных сопротивлений. В этой области < э. Для области квадратичных сопротивлений (Rе > 560d/э) применима формула Шифринсона: (7.9) При определении для труб с естественной шероховатостью для любой области сопротивления при турбулентном режиме можно пользоваться Формулой Альтшуля: (7.10) Для облегчения расчета коэффициента используют специальные номограммы, например Колбрука-Уайта, имеющиеся в справочнике по гидравлическим расчетам [16]. При помощи номограммы определяется по известному Rе и относительной шероховатости э/d. 7.3. Потери напора на местные сопротивленияНа отдельных участках трубопроводов и каналов, где имеются изменения формы и размеров поперечного сечения, изменения направления движения и т.д., возникают дополнительные сопротивления. В результате этого происходят местные потери напора hм. Потери напора на местные гидравлические сопротивления определяются по формуле Вейсбаха: (7.11) где – коэффициент местного сопротивления; v – средняя скорость потока в сечении, как правило, за местным сопротивлением; g – ускорение силы тяжести. От потерь напора на участке местного гидравлического сопротивления к потерям давления переходят по зависимости (7.12) Как показывают результаты опытов, коэффициент зависит от формы местного сопротивления и в некоторых случаях – от числа Рейнольдса. При малых числах Rе их влияние учитывается по формуле А. Д. Альтшуля (7.13) где А – коэффициент, определяемый в зависимости от вида местного сопротивления; кв – коэффициент местного сопротивления соответствующий квадратичной области. Ввиду большой сложности структуры потока в местных сопротивлениях, значение , как правило, определяют опытным путем. Для резкого расширения потока (рис. 7.1) французский инженер Борда, используя ряд допущений, теоретическим путем получил зависимость для определения потерь напора, которая имеет вид: (7.14) где v1 – средняя скорость потока в узкой трубе диаметром d; v2 – средняя скорость потока в широкой трубе диаметром D. Рис. 7.1. Схема резкого расширения потока Преобразование формулы Борда дает возможность получить зависимость для определения коэффициента сопротивления при резком расширении потока в виде (7.15) а где 1 – площадь сечения трубы диаметром d; 2 – площадь сечения трубы диаметром D. 7.4. Определение коэффициента гидравлического тренияЦель работы Экспериментальное исследование зависимости потерь напора (давления) на трение по длине трубы от режима движения жидкости и сопоставление полученных экспериментально и расчетным путем величин коэффициентов гидравлического трения . При выполнении работы необходимо: • определить опытные значения коэффициента трения при пяти различных расходах жидкости в трубе (5); • оценить влияние чисел Рейнольдса на коэффициент трения и построить опытную зависимость Ig (100) = f (Ig Rе); • рассчитать теоретические значения для тех же значений расходов и сравнить их с экспериментальными; • определить расчетные значения потерь напора на трение hтр; • построить зависимости опытных и расчетных значений потерь напора от скорости движения жидкости в трубе; • сопоставить расчетные и опытные значения потерь напора hтр. Описание опытной установки Установка для проведения опытов ГД-5 (рис. 7.1) состоит из: сварного бака (I), служащего одновременно основанием установки; напорного резервуара (2); насоса(3); панели пьезометрических трубок (4); труб (5) и (6); мерного бачка (7). Насос (3) установлен внутри бака (1). Рукояти управления краном подвода жидкости (8), краном слива жидкости из мерного бачка (20) и краном слива воды из исследуемого трубопровода (9) размещены на передней панели. Мерный бачок (7) имеет переливную трубу (11) и перегородку (10), контролирующую сливной уровень. Рабочий уровень в мерном бачке фиксируется визуально по шкале (12). В напорном резервуаре (2) уровень контролируется сливной трубой (13), через которую избыточная рабочая жидкость сливается в бак (1). На панели (4) установлены пьезометрические трубки (14). Слив из трубопроводов (5) и (6) в мерный бак (7) осуществляется через трубу (17). Рис. 7.1. Схема опытной установки ГД-5: 1 – сварной бак; 2 – напорный резервуар; 3 – насос, 4 – панель пьезометрических трубок; 5, 6 – трубопровод; 7 – мерный бачок; 8 – кран подвода жидкости; 9 – кран слива; 10 – перегородка; II, 13 – сливные трубки; 12 – шкала; 14 – пьезометрические трубки, 15 – резкое расширение; 16 – колено; 17 – сливная труба; 18 – напорная труба; 19 –резкое сужение; 20 – кран слива жидкости из мерного бачка Методика и порядок проведения испытаний Включить насос (3) и установить расход рукоятью крана (9); замерить по секундомеру время наполнения мерного бачка; снять показания пьезометров I и II; замерить температуру воды в напорном резервуаре (2); изменить расход жидкости в трубе и вновь сделать все измерения. Все данные измерений занести в табл. 7.1. Обработка результатов измерений Зная время наполнения Т некоторого объёма W мерного бачка (7), определим объёмным способом расход воды в трубе по формуле (7.16) Объём воды W находим по тарировочному графику мерного бачка (рис. 7.2), измеряя величину Н = Н2 - Н1, где Н1 и Н2 – уровни жидкости в мерном бачке, соответственно в начальный момент времени и через промежуток времени Т, определяемые по шкале (12). Таблица 7.1 Результаты измерений
Внимание! Авторские права на книгу "Гидравлика. Учебно-методический комплекс" (Зверева В.А., Земляная Н.В., Земляной В.В., Бочаров С.В., Якушкина О.И., Кучерова Л.В. и др.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
