Рекомендуемая форма протокола к лабораторной работе № 3 представлена на рисунке 11.
По результатам выполнения лабораторной работы строятся три графика: h тр =f(Q), ζ= f( Re) и λ р = f( Re ). При этом на график λ р = f( Re ) наносятся графики расчетных зависимостей и точки опытных значений λ оп (см. рисунки 9 и 10).
Рисунок 9 – Пример зависимости потерь напора на трение от расхода, построенной по результатам эксперимента | Рисунок 10 – Пример зависимости коэффициента Дарси от числа Рейнольдса |
Графики строятся на листе формата А4 в произвольном масштабе.
.
,
ПРОТОКОЛ
Лабораторной работы №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ТРЕНИЕ ПО ДЛИНЕ
И В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ
Внутренний диаметр d ____6______ мм;
Расстояние между пьезометрами l _____12______м;
Кинематическая вязкость ν __0,013________ см2/с
Параметр | Един. измер. | № опыта | ||||||
Показание пьезометра Н 1 | см | |||||||
Показание манометра р 1 | кгс/см2 | |||||||
Показание пьезометра Н 2 | см | |||||||
Потери на h тр | см | |||||||
Объем в мерном баке W | л | |||||||
Время наполнения t | с | |||||||
Расход в трубе Q | cм3/c | |||||||
Средняя скорость Vср | м/c | |||||||
Число Рейнольдса Re | ||||||||
Расчетный коэффициент λ р | ||||||||
Опытный коэффициент λ оп | ||||||||
Коэффициент местных потерь ζ |
Студент ___________________ Группа _______________________
Преподаватель_________________
Рисунок 11 – Рекомендуемая форма протокола лабораторной работы №3
Лабораторная работа № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ПРИ НОРМАЛЬНЫХ И КАВИТАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЯХ
Основные сведения
Гидравлические потери (потери полного напора, или удельной энергии) могут быть двух видов: потери на трение по длине и местные потери.
В данной работе рассматриваются местные потери напора, обусловленные так называемыми местными гидравлическими сопротивлениями. Последние представляют собой местные изменения формы и размера русла, вызывающие деформацию потока и связанные с этим дополнительные вихри.
Простейшими местными сопротивлениями являются расширение, сужение и поворот русла (трубы), каждый из которых может быть внезапным или плавным. Более сложные местные сопротивления представляют собой комбинации перечисленных простейших.
В данной работе проводятся испытания местного гидравлического сопротивления, в качестве которого используется так называемая трубка Вентури. Она состоит из сопла, плавно сужающего поток, и диффузора, постепенно его расширяющего (см. рисунок 12).
Местные потери напора чаще всего пропорциональны квадрату расхода, поэтому их величину принято определять пропорционально скоростному напору по формуле Вейсбаха
, (12)
где: - средняя по сечению скорость в трубопроводе, в котором установлено данное местное сопротивление, если же трубопровод меняет свое проходное сечение, то скорость необходимо взять в трубопроводе с меньшей площадью сечения;
- безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом потерь или коэффициентом сопротивления.
Коэффициент определяется в основном формой местного сопротивления и для данного сопротивления в большинстве случаев является величиной примерно постоянной. Однако в тех случаях, когда в местном гидравлическом сопротивлении поток сужается, как, например, в трубке Вентури, коэффициент сопротивления может оказаться зависящим от величины абсолютного давления в рг суженном сечении потока жидкости.
Дело в том, что в месте сужения скорость потока увеличивается, а давление уменьшается, и, если абсолютное давление рг приблизится к значению давления насыщенных паров рнп или сделается равным этому давлению, то возникает явление, называемое кавитацией.
Кавитация - это явление, связанное с местным нарушением сплошности течения, сопровождающееся образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке.
Другими словами, при кавитации происходит интенсивное парообразование (кипение) жидкости и выделение из нее ранее растворенных газов.
В расширяющейся части потока (в диффузоре) скорость уменьшается, а давление возрастает, выделившиеся пары конденсируются, а газы постепенно снова растворяются в жидкости.
Кавитация сопровождается характерным шумом и вибрацией установки, а при длительном существовании этого режима - постепенным разрушением (эрозией) металлических стенок. Объясняется это тем, что в местах конденсации пузырьков пара на стенках возникают точечные повышения давления до двух и более тысяч атмосфер, то есть происходят как бы удары по стенке острым инструментом. Эрозия металлических стенок при кавитации происходит не там, где выделяются пузырьки пара, а там, где они конденсируются.
Для удобства наблюдения явления кавитации трубка Вентури в лабораторной установке выполнена из прозрачного материала.
При небольшом открытии регулировочного крана перед трубкой и, следовательно, при малых значениях расхода и скорости жидкости, падение давления в узком месте трубки незначительно, поток вполне прозрачен и кавитация отсутствует. При постепенном открывании крана происходит увеличение скорости в трубке и падение абсолютного давления в узком месте .
При некотором значении этого давления в узком месте трубки появляется отчетливо видимая зона кавитации, обусловленная сначала выделением газов, а затем и паров жидкости.
Условием возникновения кавитации приближенно можно считать равенство
рг =рнп
Однако, например, для холодной водопроводной воды, содержащей большое количество растворенного воздуха, кавитация начинается раньше, т.е. при давлении , которое несколько больше давления насыщенных паров .
Возникновение кавитации в том или ином местном сопротивлении, например, в трубке Вентури, влечет за собой резкое возрастание сопротивления движению жидкости и, следовательно, значительное увеличение коэффициента сопротивления данного устройства.
Объясняется это тем, что превращение части жидкости в пар и выделение газов приводит к тому, что в месте кавитации средняя плотность движущейся среды значительно уменьшается. Это означает, что при том же весовом расходе, равном
,
и той же площади сечения , скорость движения частиц жидкости в потоке резко увеличивается, а гидравлические потери возрастают, как известно, пропорционально квадрату скорости.