Цель и содержание работы

Цель работы заключается в определении напора и гидравлического коэффициента местного сопротивления при внезапном расширении трубы.

Схема потока при внезапном расширении трубопровода на рисунке 7.

Рис. 7 «Схема потери напора при внезапном расширении».

Где     S₁ V₁ – площадь и средняя скорость до расширения потока;

              S₂ V_{2 –} площадь и средняя скорость за расширением на добавочном расстоянии;

 

Местные потери принято определять формулой Вейсбаха:

 

 

    Где  – гидравлический коэффициент сопротивления при внезапном расширении, безразмерная величина, зависящая от вида сопротивления и числа Рейнольдса Re;

        

В квадратичной зоне гидравлического сопротивления при внезапном расширении определяется формулой Борда, выведенной теоретически:

 

 

Согласно которой, потери при внезапном расширении равны скоростному напору потерянной жидкости. Используя уравнение постоянства потока V₁S₁=V₂S₂ формулу Борда можно представить в виде формулы Вейсбаха:

 

 

Где

 

В квадратичной зоне гидравлического сопротивления при больших числах Рейнольдса Re  не зависит от числа Рейнольдса Re. При малых значениях числа Рейнольдса Re зависит от вида сопротивления и от числа Рейнольдса Re.

    Потери при внезапном расширении состоят из двух составляющих: местные потери и потери на трение на контрольном участке. Разделить их возможно только на специально оборудованной лабораторной установке. Данная лабораторная установка позволяет определить только полные потери, включая как местные, так и на трение.

    Потери напора определяются уравнением Бернулли для потока вязкой жидкости при турбулентном режиме:

 

 

 

Где  - пьезометрические высоты;

     - скоростные напоры;

 

Полные динамические напоры:

 

 

 

Гидравлический коэффициент сопротивления при внезапном расширении из формулы Вейсбаха:

 

 

2. Порядок проведения работы.

Работа выполняется на модуле М2. Структурная схема представлена на рисунке 8.

 

Рис. 8 «Потери напора при внезапном расширении».

 

Для выполнения работы необходимо:

· Включить насос Н1 на панели управления;

· Установить наибольший возможный расход с помощью вентилей В1 и В2, и выходного вентиля В4;

· Записать показания ротаметров РТ1 и РТ2 при установившемся потоке;

· Снять показания пьезометров (пьезометрических высот)  и занести в протокол;

· Определить расходы ротаметров РТ1 и РТ2 по графической зависимости расхода от показаний ротаметра и просуммировать расходы;

· Все величины занести в таблицу;

· Повторить измерения при уменьшенном среднем и при наименьшем расходе;

 

3. Обработка опытных данных.

При обработке необходимо:

· Определить скорости в 1 и 2 сечениях, в :

 

 

 

· Подсчитать скоростные напоры в см:

 

 и ,

 

· Вычислить полные гидродинамические напоры в сечениях:

 

 и

 

· Определить потери напора:

 

 

· Подсчитать гидравлический коэффициент сопротивления при внезапном расширении:

 

 

· Все величины вычислить при различных расходах и вписать в таблицу.

· Подсчитать число Рейнольдса при различных расходах

 

 

Где υ – кинематический коэффициент вязкости (определить из рис.6)

 

· Подсчитать гидравлический коэффициент из формулы Вейсбаха и сравнить его с полученным гидравлическим коэффициентом, полученным опытным путём:

 

 

· Построить пьезометрическую и напорную линию вдоль трубы на другом графике.

 

4. Протокол работы.

 

№ п/п

Показания Ротаметров РТ, мм

Расход воды

Средние скорости

Скоростные напоры

Полные напоры

Потери напора

Коэффициент Сопротивления

Число Рейнольдса

Температура воды

Вязкость воды

РТ1

РТ2

Q1

Q2

Q3

V1

V2

H1

H2

Re

t

υ

Ед. изм.

л/ч

л/ч

л/ч

л/ч

см3/с

см/с

см/с

см

см

см

см

см

°С

см²/с

1

2

3

4

Показания пьезометров

П1

П2

П3

П4

П5

П6

П7

П8

П9

П10

П11

П12

 

 

 

5. Контрольные вопросы.

 

1. Что называется местным сопротивлением?

2. Чем вызваны местные потери напора?

3. Приведите характеристики местных сопротивлений?

4. Напишите формулу Вейсбаха?

5. Что характеризует коэффициент местного сопротивления и от чего он зависит?

6. Приведите примеры простого и сложного сопротивлений.