Лабораторная работа №4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Определение коэффициента местных сопротивлений в трубопроводе.

Цель работы:

1. определить опытным путем потери напора при внезапном расширении (сужении) трубы и резком повороте канала, сравнив со значением потерь, вычисленными по теоретическим формулам;

2. определить коэффициенты местных сопротивлений по результатам опыта и теоретическим формулам, сравнить значения.

Оборудование и приборы: установка для исследования местных потерь напора, термометр, измерительная линейка, мерный сосуд, секундомер.

4.1. Теоретическое введение

Гидравлические сопротивления делятся на сопротивления сил вязкостного трения по длине трубы и местные сопротивления.

Потери напора на трение рассмотрены для случая равномерного движения жидкости, т.е. живое сечение вдоль трубы сохраняется постоянным. При движении жидкости в местных сопротивлениях поток претерпевает деформацию, что приводит к изменению форм и размеров живого сечения, и. следовательно, движение жидкости становится неравномерным, вследствие чего происходит изменение скорости потока. В местах изменения живого сечения или направления потока происходит его отрыв от стенок, и образуются так называемые вихревые или застойные зоны. Между основным потоком и вихревыми зонами осуществляется интенсивный обмен частицами жидкости, что является основным источником местных потерь энергии.

Количество энергии (напора), затрачиваемой на преодоление местных сопротивлений в напорных трубах (внезапное сужение и расширение, резкий поворот потока и т.д.) в большинстве случаев определяется с помощью коэффициентов, полученных опытным путем.

Потери напора в местных сопротивлениях при турбулентном режиме вычисляют по формуле Вейсбаха:

(4.1)

где - безразмерный коэффициент местного сопротивления,

- средняя скорость потока за местным сопротивлением.

Таким образом, местные потери напора пропорциональны скоростному напору.

Значения коэффициентов местного сопротивления получают экспериментально из формулы (4.1)

(4.2)

Если местное сопротивление (например, вентиль, диафрагма, колено и т.п.) расположено на горизонтальном трубопроводе постоянного сечения, то потери напора будут равны разности показаний пьезометров, установленных по обе стороны местного сопротивления.

Т.к. , то, подставляя это значение в формулу 4.2, получим формулу для определения коэффициента сопротивления опытным путём:

(4.3)

где – площадь сечения трубопровода до сопротивления.

– расход жидкости через сопротивление.

Ввиду сложности явлений, происходящих в жидкости при движении через местные сопротивления, теоретические формулы для определения потерь напора и коэффициентов местных сопротивлений удалось получить только для простейших видов, таких как внезапное расширение и сужение, плавное расширение или сужение, диафрагма и т.п.

Внезапное расширение.

При внезапном расширении потока в трубке от сечения 1 до сечения 2 жидкость не течёт по всему контуру стенок, а движется по плавным линиям токов. Вблизи стенок, где внезапно увеличивается диаметр трубы, образуется пространство, в котором жидкость находится в интенсивном вращательном движении. При таком интенсивном перемешивании происходит очень активное трение жидкости о твёрдые стенки трубы, а также трение внутри вращающихся потоков, вследствие чего происходят существенные потери энергии. Вследствие действия сил инерции потока движущейся жидкости вихреобразование прекращается на некотором достаточно большом расстоянии от зоны выхода жидкости в большее сечение. В результате давление нарастает постепенно.

На рисунке видно, что показания пьезометра во втором сечении больше, чем в первом. Показания пьезометра в данном случае зависят не только от потерь энергии, но и от величины давления. Давление во втором сечении становится больше из-за уменьшения скоростного напора за счёт расширения потока и падения скорости. В этом случае если бы не было потерь напора на местном сопротивлении, то высота жидкости во втором пьезометре была бы ещё больше. Теоретический коэффициент местного сопротивления при внезапном расширении потока равен:

(4.4)

если определять по скорости.

если определять по скорости .

Формула для теоретического определения потерь напора при внезапном расширении имеет вид:

(4.5)

Расчетную формулу для теоретического определения потерь напоров применительно к круглым трубам получил также французский инженер Борда.

(4.6)

т.е. потери напора вследствие внезапного расширения равны скоростному напору потерянной скорости.

Внезапное сужение потока

При внезапном сужении, так же как и при внезапном расширении потока, создаются пространства с завихрениями вращающейся жидкости, которые образуются в пристенном пространстве широкой части трубы. Такие же завихрения образуются в начале узкой части трубы за счёт того, что при входе в неё (узкую часть) жидкость продолжает некоторое время двигаться по инерции в направлении центра трубы, и основное русло потока ещё некоторое время продолжает сужаться. Следовательно, при внезапном сужении потока возникает как бы два подряд идущих местных сопротивления. Местное сопротивление за счёт сужения основного русла и сразу же за ним местное расширение, уже рассмотренное выше.

Теоретический коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока можно определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

(4.7)

Произведя преобразования и подстановку определённых значений в формулу Борда (4.6) можно получить ещё одну формулу для теоретического определения коэффициента сопротивления при внезапном сужении потока:

, (4.8)

где .

Общей формулой для теоретического определения потерь напора при внезапном сужении потока в обоих случаях будет:

(4.9)

где - безразмерный коэффициент местного сопротивления,

- средняя скорость потока за местным сопротивлением.

Поворот потока

Поворот потока (отвод или закруглённое колено) значительно увеличивает вихреобразование и, следовательно, потери энергии. Величина потерь существенно зависит от отношения и угла.

Теоретический коэффициент сопротивления при повороте можно определить по экспериментальной формуле. Для поворота под углом 900 и он равен:

(4.10)

Теоретический коэффициент сопротивления при повороте потока можно также определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

(4.13)

где эмпирический коэффициент A берётся из таблицы 4.1.

Формула для подсчёта теоретических потерь напора при повороте потока имеет вид:

(4.12)

Таблица 4.1.

Таблица для расчета добавочного коэффициента

0

20

30

45

60

75

90

110

130

150

180

0

0,31

0,45

0,60

0,78

0,90

1,00

1,13

1,20

1,28

1,40

Плавное расширение потока

Плавное расширение русла называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре имеет сложный характер. Так как живое сечение потока постепенно увеличивается, то, соответственно, снижается скорость движения жидкости и увеличивается давление. Поскольку, в этом случае, в слоях жидкости у стенок диффузора кинетическая энергия минимальна (мала скорость), то возможна остановка жидкости и интенсивное вихреобразование. По этой причине потери энергии напора в диффузоре будут зависеть от потерь напора на трение и за счёт потерь при расширении:

Теоретический коэффициент сопротивления при плавном расширении потока можно определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

(4.14)

где: - площадь живого сечения на входе в диффузор,

- площадь живого сечения на выходе из диффузора,

- угол конусности диффузора,

- поправочный коэффициент, зависящий от условий расширения потока в диффузоре.

Угол рассчитывается по формуле:

, (4.15)

где - длина конфузора или диффузора,

.

Формула для подсчёта теоретических потерь напора при плавном расширении потока имеет вид:

(4.16)

  1. Лабораторная работа №4 (5)

    Лабораторная работа
    А) Вычислить значение выражения (см. приложение 2 – Задания к лабораторной работе №2) в цикле xЄ[xn;xk] с шагом x. Исходные данные задать самостоятельно, в программе должно быть не менее 7-8 циклов.
  2. Лабораторная работа №1 (14)

    Лабораторная работа
    1.1. К выполнению лабораторного практикума допускаются студенты, изучившие раздел 1 «Порядок работы в химической лаборатории» и раздел 2 «Меры предосторожности при выполнении лабораторных работ», прослушавшие инструктаж по технике
  3. Лабораторная работа №3 (3)

    Лабораторная работа
    Фокусное расстояние тонкой положительной (собирающей) линзы можно легко рассчитать, если с помощью этой линзы на экране получить действительное изображение предмета:,
  4. Лабораторная работа №3 (8)

    Лабораторная работа
    Создать форму следующего вида (поля для заполнения взяты в рамки). Для указания пола использовать список, в качестве даты заполнения автоматически должна вставляться текущая дата.
  5. Лабораторная работа №4 (1)

    Лабораторная работа
    Триггер – это устройство, которое хранит 1 бит информации.(простейший элемент памяти) Структурная схема любого триггера: ЗЯ – запоминающая ячейка БЯ – битовая ячейка K=1…N C – синхровход (один из самых простых способов блокировки входной
  6. Лабораторная работа №4 (7)

    Лабораторная работа
    По данным таблицы 1 постройте круговую диаграмму выработки электроэнергии в России (1994 год) на разных типах электростанций, посчитав для этого долю производства электроэнергии на ГЭС, АЭС и ТЭС.
  7. Лабораторная работа №4 (12)

    Лабораторная работа
    Термическое разложение солей аммония NH5Cl = NH4 + HCl (NH5) SO4 = NH4 + NH5HSO4 Опыт 5 Качественная реакция на ион аммония NH5Cl + NaOH = NH4 + NaCl + H3O Опыт Окислительно – восстановительные свойства гидразина и гидроксиламина
  8. Лабораторная работа №8 (2)

    Лабораторная работа
    Сводные таблицы предназначены для обобщения (объединения, переработки) информации, хранящейся в базе данных. Они также позволяют отображать табличные данные в виде двух мерной или трехмерной таблицы.
  9. Лабораторная работа №8 (3)

    Лабораторная работа
    Приборы и принадлежности: гироскопи­ческая установка FPM-10; блок управления и измерений (рабочая по­грешность измерения времени не больше 0,02%; рабочая погрешность измерения скорости оборотов двигателя не более 2,5%).

Другие похожие документы..