10209

Рисунок 3.3.2 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 2

1 – питающий бак (внутреннее секционирование водосливной стенкой обеспечивает постоянный действующий напор H во всех опытах эксперимента); 2 – напорный трубопровод с внутренним диаметром dвн = d1

(т.е. утрированное выделение элемента 3 обеспечивает необходимую информативность приведенной на рис. 3.2.2 схемы); 3 – расходомер Вентури,

конструктивные части которого имеют внутренние диаметры d1 и d2 (в

результате чего p1 > p2, V1 < V2); 4 – два пьезометра, предназначенные для измерения параметра h – т.е. разности пьезометрических высот в сечениях 1- 1 и 2-2 расходомера Вентури; 4′ – дифференциальный пьезометр,

обеспечивающий удобное измерение параметра h; 5 – запорный вентиль; 6 –

мерная емкость; 7 – хронометр; 8 – термометр.

71

где QТ – расход потока жидкости теоретический, т.е. определяемый без учета гидравлических сопротивлений на пути движения воды от сечения 1-1 к сечению 2-2;

A – некая конструктивная константа, в которой учтены особенности конструктивной реализации расходомера, включенного в состав

экспериментальной установки.

При этом складывается ситуация, когда фактически измеряемый расход воды uф, который характерен для реального потока, преодолевающего гидравлические сопротивления, меньше расчетного QТ , определяемого по формуле:

Q	< Q ;	Qф	= μ <1, 0 ,	(3.3.6)
ф	Т	QТ

Для определения расхода воды с требуемой точностью по расчетной зависимости необходимо использовать поправочный коэффициент μ :

Qф = μ×QТ = μ× A×

h

,

(3.3.7)

В ходе эксперимента требуется выполнить 7 – 10 опытов для определения статистически достоверного значения коэффициента μ .

Результаты эксперимента оформляются в отчетном бланке

(см. табл. 3.3.2).

72

Таблица №3.3.2. Градуирование (тарирование) расходомера Вентури

Характеристика структурных и функциональных	Опыты эксперимента
элементов эксперимента
	1 2	3	4	5

1)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:

– температура воды t , O С

– коэффициент кинематической вязкости – ν , м2/с

2)Промежуточные и конечные показатели в методике определения расхода потока воды:

– объем мерной емкости – W, м3

– время наполнения мерной емкости –τ , с

– действительный (фактический) расход потока воды –

Q = Wτ , м3/с

3) Параметры расходомера Вентури и потока воды в нем:

– диаметры входной и суженной частей расходомера –

d1 / d2 , м

–площади живых сечений потока воды во входной и суженной частях расходомера – ω1 / ω2 , м2

–средняя скорость потока воды в указанных живых

	сечениях – V =	Q	V =	Q	, м/с
		ω		ω
	1		2
		1		2

–число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока воды Re1 Re2

–разность пьезометрических высот в указанных живых сечениях потока воды (показание дифпьезометра) – h, м

– конструктивная постоянная характеристика

расходомера –	A =		2 × g
			1	-	1
			ω2		ω2
			2		1

4) Расход потока воды для идеальной жидкости –

QТ = A × h , м3/с

5) Поправочный коэффициент расхода μ = Qф QТ

73

3.3.4. Лабораторная работа №3

«Определение коэффициента гидравлического трения»

Влабораторной работе определяется значение коэффициента гидравлического трения λ в зависимости от интенсивности взаимодействия

(трения) слоев (частиц) жидкости в турбулентном потоке и шероховатости внутренней поверхности трубопровода, контактирующей с транспортируемым потоком воды. Экспериментальные исследования выполняются на установке, схема которой приведена на рис. 3.3.3.

Для организации эксперимента используется преобразованная формула Дарси-Вейсбаха:

			λ =	2 × g × dвн × hl	,	(3.3.8)
				L × ν2
где λ = f R ,		Э	– коэффициент гидравлического трения;
	e
		dвн
Э	–	эквивалентная абсолютная				шероховатость внутренней
поверхности трубы, зависящая от материала, из которого изготовлены
трубы, и степени их эксплуатационного старения;
dвн	– внутренний диаметр трубы;
L	– длина участка трубопровода, на					котором измеряется «потеря

напора по длине» hl .

При широкодиапазонном изменении параметров Q и V (7 – 10 опытов эксперимента) значения λ различны, что обусловлено размещением групп опытов в различных областях сопротивления при турбулентном режиме движения потока воды. Это должно быть проверено и подтверждено расчетом.

Результаты эксперимента оформляются в отчетном бланке

(см. табл. 3.3.3).

74

Рисунок 3.3.3 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 3

1 – питающий бак; 2 – непрерывный горизонтальный трубопровод диаметром dвн , на участке которого длиной L измеряется потеря напора hl ; 2(1) –

трубопровод, выполненный из стальных труб; 2(2) – трубопровод,

выполненный из пластмассовых труб; 3 – два пьезометра, необходимые для измерения потери напора в потоке воды на участке напорного трубопровода

(на схеме показаны пьезометры, т.к. они более четко отражают физические особенности текущей гидравлической ситуации, но в действительности использованы дифпьезометры); 4 – запорный вентиль; 5 – мерный бак; 6 – хронометр; 7 – термометр.

75

Таблица №3.3.3. «Определение коэффициента гидравлического трения»

Характеристика	структурных	и	функциональных		Опыты
элементов эксперимента					эксперимента
			1		2 3 … 7

1)Вид движения потока жидкости, заданный конструктивным исполнением лабораторной установки

2)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:

– температура воды t , O С

– коэффициент кинематической вязкости – ν , м2/с

3)Определение расхода потока воды – Q = Wτ , м3/с

4)Параметры трубопровода:

–материал труб

–диаметр трубопровода – dвн , мм

–расстояние между точками подключения дифпьезометра

–l , м

5) Параметры потока воды в трубопроводе:

–площади живых сечений потока воды – ω1 / ω2 , м2

–средняя скорость потока воды в указанных живых

	сечениях – V =	Q	V =	Q	, м/с
		ω		ω
	1		2
		1		2

– число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока воды Re1 Re2

– разность пьезометрических высот на контрольном участке потока воды (показание дифпьезометра) – hl (1) , м

– hl ( 2) , м

6)Коэффициент гидравлического трения технической трубы – λ1 / λ2

7)Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности

трубы (по λ при Re >100 000 ) – Э , мм

8) Область сопротивления в турбулентной зоне течения потока жидкости

76

3.3.5. Лабораторная работа №4 « Определение коэффициента местного сопротивления»

Сложная структура потока жидкости в границах «местного сопротивления» предопределяет неизбежность экспериментального изучения и нахождения обобщенной конструктивной характеристики – коэффициента местного сопротивления ζ . Исследования выполняются на специализированном лабораторном стенде, схема которого представлена на рис. 3.3.4.

Для организации эксперимента используется преобразованная формула Вейсбаха:

	ζ =	2× g ×hj	,	(3.3.9)
		V 2

где h j – потеря напора в местном сопротивлении; в данном эксперименте

измеряется	и рассчитывается			с учетом показаний h f	и	hf	2	двух
				1
дифпьезометров: hj = 2 ×hf		2	- hf .
			1
Для получения статистически достоверного значения ζ						в		ходе
эксперимента выполняются 5 – 7 опытов.
Результаты	эксперимента			оформляются в отчетном			бланке
(см. табл. 3.3.4).

77

Рисунок 3.3.4 – Схема экспериментальной установки

в лабораторной работе № 4

1 – питающий бак; 2 – напорный горизонтальный трубопровод диаметром dвн

;3 – местное сопротивление (шаровой кран – см. схему узла 1);

гидравлические характеристики которого изменяются при регулировании ϕ

(т.е. угла измеряемого между осью трубопровода 2 и осью проходного канала сферического запорного органа); 4 и 5 – группы пьезометров для измерения потери полного напора h f на участках трубопровода 2 длиной L и L/2 (в

действительности использованы дифпьезометры); 6 – запорный вентиль; 7 – мерная емкость; 8 – хронометр; 9 – термометр.

78

Таблица №3.3.4. Определение коэффициента местного сопротивления

Характеристика структурных и функциональных

Опыты эксперимента

элементов эксперимента

1

2

3

…

7

1) Вид движения потока жидкости, заданный

конструктивным исполнением лабораторной

установки

2) Параметры физических свойств рабочей

жидкости – воды:

– температура воды t , O С

– коэффициент кинематической вязкости – ν , м2/с

3) Определение расхода потока воды – Q =

W

, м3/с

τ

4) Параметры трубопровода (трубы и местного

сопротивления):

– материал труб

– диаметр трубопровода – dвн , мм

– вид местного сопротивления

– угол поворота рабочего органа шарового крана –

α , град

5) Параметры потока воды в трубопроводе:

– площадь живого сечения потока воды – ω , м2

– средняя скорость потока воды в живом сечении

– V =

Q

, м/с

ω

– число Рейнольдса в живом сечении потока воды

Re

– потеря полного напора на участке длиной

l − h f

, м

1

1

l −h

, м

2

f

2

6) Коэффициент местного сопротивления – ζ

79

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Чугаев, Р. Р. Гидравлика: (техническая механика жидкости):

учебник для студентов гидротехнических специальностей высших учебных

заведений / Р. Р. Чугаев. - Изд. 5-е, репр. - Москва : Бастет, 2008. - 671, [1] с. :

ил., табл.; 25 см.; ISBN 978-5-903178-07-0 (В пер.).

2.Штеренлихт, Д. В. Гидравлика : учебник для вузов / Д. В.

Штеренлихт. – Москва : Энергоатомиздат, 1984. – 640 с.

3.Тужилкин, А. М. Примеры гидравлических расчетов : учеб.

пособие для студентов вузов по направлению подгот. «Стр-во» / А. М.

Тужилкин. – Москва : АСВ, 2008. – 167 с.

4.Примеры расчетов по гидравлике / под ред. А. Д. Альтшуля. –

Москва : Стройздат, 1977. – 225 c.

5. Примеры гидравлических расчетов : учеб. пособие для автодорож. вузов и фак. / А. И. Богомолов, Н.М. Константинов – Москва :

Автотрансиздат, 1962. – 574 с.

6.Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г.

Киселева. – Москва : Энергия, 1972. – 312 c.

7. Лукиных, А. А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н. Н. Павловского :

справ. пособие / А. А. Лукиных, Н. А. Лукиных. – Москва : Стройиздат, 1987. – 152 с.

8. Шевелев, Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб : справ. пособие / Ф. А. Шевелев, А. Ф. Шевелев. –

Москва : Стройиздат, 1995. – 172 с.

9.Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский.

–Минск : Современная школа, 2005. – 608 с.

80