Экспериментальная установка

Лабораторная работа № 5.

Тема: Построение напорной и пьезометрической линий трубопровода.

Определение коэффициентов сопротивления сужения и расширения потоков.

Цель: Изучение закона сохранения энергии при течении жидкости по гидросистеме или трубопроводу, изучение уравнения Бернулли и построение напорной и пьезометрической линий при течении жидкости по трубопроводу переменного сечения, Определение коэффициентов сопротивления сужения и расширения потоков.

Содержание и порядок выполнения работы.

Движение безнапорных и напорных потоков жидкости сопровождается затратами энергии.

Для характеристики энергетического состояния потока в гидравлике применяется специальный показатель, который называют полным напором и обозначают буквой Н (измеряется в метрах).

Полный напор представляет собой полную удельную (в расчете на единицу веса) энергию.

Полный напор в i -м сечении равен

H _i = h _{г .i} + h _{п .i} + h _c.i. (1)

где h _{г. i} – геометрический напор в i -м сечении, м

h _{п. i} – пьезометрический напор в i -м сечении, м

h _с.i – скоростной напор в i -м сечении, м.

Входящие в H _i напоры равны:

h _{г. i} = z _i;

где z_i – вертикальная координата i -го сечения трубопровода, м;

p_i – давление в i -м сечении, Па;

ρ – плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, g =9, 81 м/с²;

_i – средняя скорость потока в i -м сечении, м/с;

α _i – коэффициент Кориолиса, определенный для i -го сечения

Чаще всего выражение для полного напора (1) записывают в виде:

. (2)

Геометрический и пьезометрический напоры выражают удельную потенциальную энергию положения и давления жидкости соответственно. Скоростной напор представляет собой удельную кинетическую энергию потока.

При движении жидкости по трубопроводу происходит постоянное преобразование ее удельной энергии, постоянный переход одного вида удельной энергии в другой (рисунок1). При изменении геодезической высоты потока геометрический напор h _г обратимо переходит в пьезометрический h _п, при изменении живого сечения – пьезометрический напор (h _п) переходит в скоростной h _с и наоборот, и лишь переход пьезометрического h _п в потерянный напор h _пот происходит необратимо.

h _г  h _п  h _с



h _пот

Рисунок 1 – Схема преобразования напоров

Связь между значениями удельной энергии в двух сечениях трубопровода на установившихся режимах устанавливается уравнением Бернулли, которое выражает закон сохранения энергии для гидравлических систем и записывается в следующем виде:

(4.3)

Потерянный напор h _{пот. i, i+ 1}, выражаемый, как и другие напоры, в метрах, расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений, расположенных между i -м и (i +1)-м сечениями трубопровода. Потери напора в гидравлических сопротивлениях на установившихся режимах бывают двух типов:

1) по длине трубопровода (линейные потери);

2) потери в местных сопротивлениях (местные потери).

Линия, характеризующая закон распределения полного напора по длине потока, называется напорной линией. Полный напор всегда уменьшается в направлении течения жидкости. Наклон этой линии (изменение на единицу длины трубопровода) называется гидравлическим уклоном.