Основные положения. Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

ПРОТОКОЛ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №4

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА И

В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Вариант начальных установок №

Выполнил студент ___________

Группа______________________

Принял доц. Ф. В. Качановский

Тверь, 2015

ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА И В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Основные положения

При движении жидкости часть полного напора затрачивается на работу против вязкостных и инерционных сил, то есть возникают потери напора.

При равномерном движении жидкости гидравлическое сопротивление, проявляющееся равномерно по всей длине потока, называют сопротивлением по длине, а вызываемые им потери напора, - потерями напора по длине h_l. Эти потери в круглых трубопроводах, работающих полным сечением, вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха:

, (1)

где l - безразмерный коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси); l, d – длина и внутренний диаметр трубы; v - средняя скорость движения потока жидкости.

Коэффициент l характеризует гидравлическое сопротивление трубопровода и зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости D_э/ d трубопровода, т.е. l=f (Re, D_э/ d). Значения коэффициента l при гидравлических экспериментах определяют из формулы (1), а при расчетах - по эмпирическим и полуэмпирическим формулам. Например, при ламинарном режиме

l_л=64/ Re,

а при турбулентном режиме движения и работе трубопровода в области доквадратичного сопротивления - по формуле А. Д. Альтшуля:

. (2)

Величину абсолютной эквивалентной шероховатости D_э при расчетах берут из справочной литературы в зависимости от материала труб и состояния их внутренней поверхности. Например, для труб из органического стекла D_э=0, 006 мм, а для стальных водопроводных умеренно заржавленных труб D_э=0, 20…0, 50 мм.

Область гидравлического сопротивления при расчетах определяют или непосредственно по графикам l=f (Re, D_э/ d), полученным опытным путем для труб из различных материалов и приведенным в справочной литературе, например, по графику Никурадзе (рис. 1), или с помощью соотношений 10 d /D_э и 500 d /D_э, предложенных А. Д. Альтшулем. Значения этих соотношений сравнивают с числом Рейнольдса Re = vd/n. Если оказывается, что Re ≤ 10 d /D_э, то трубопровод работает в области гидравлически гладких труб. Если Re ≥ 500 d /D_э, трубопровод работает в области квадратичного сопротивления. Если же 10 d /D_э < Re < 500 d _э/D_э, трубопровод работает в области доквадратичного сопротивления. Для каждой области гидравлического сопротивления предложены формулы, по которым вычисляется l.

Гидравлические сопротивления, возникающие в местах резкого изменения конфигурации потока, называют местными сопротивлениями, а вызываемые ими потери напора, - местными потерями напора h_м.

Проходя через местное сопротивление, поток деформируется (рис. 2 а, б), и его движение становится резко изменяющимся.

Для него характерны:

а) значительные искривления линий потока и живых сечений потока;

б) отрывы транзитной струи от стенок трубопровода (вследствие инерции) и возникновение в местах отрыва устойчивых водоворотов;

в) повышенная пульсация скоростей и давлений;

г) изменение формы (переформирование) эпюр скоростей.

Местные потери напора вычисляют по формуле Вейсбаха:

(3)

где ζ - безразмерный коэффициент местного сопротивления; v - средняя скорость потока в сечении за местным сопротивлением (если скорость v, как исключение, принимается перед местным сопротивлением, это обязательно учитывается в расчётных формулах).

Коэффициент ζ зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и от конфигурации, т.е. формы проточной части местного сопротивления. Но когда трубопровод, на котором расположено местное сопротивление, работает в области квадратичного сопротивления, величина коэффициента ζ от Re не зависит.

Значения ζ для каждого вида местного сопротивления определяют экспериментально, пользуясь формулой (3). Значения ζ для различных местных сопротивлений (обычно при квадратичной области сопротивления) приводятся в справочной и специальной литературе. Исключением являются резкое расширение и резкое сужение трубопровода (рис. 2 а, б), для которых численные значения ζ определяются по формулам, полученным теоретически.

При резком расширении трубопровода, когда средняя скорость в формуле (3) взята перед местным сопротивлением, т. е. v ₁,

z _рр = (1 – ω ₁/ ω ₂)², (4)

если же скорость берется за местным сопротивлением, т. е. v ₂, то

z _рр = (1 – ω ₂/ ω ₁)². (5)

Коэффициент сопротивления при резком сужении трубопровода (ζ _р.с.) принято относить к скорости после сужения. При этом

ζ _рс = (1/ ε - 1)², (6)

где ε = 1/[1+(1 – ω ₂/ ω ₁)^{0, 5}] - коэффициент сжатия струи.