Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Агентство по образованию
ГОУ ВПО АлтГТУ им. Ползунова И. И.
Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Лабораторная работа № 7
по курсу «Гидравлика»
ОТЧЕТ
ЛР 270800.07. 000 ОТ
Выполнил:
студент С-16 Шнайдер А.В.
Проверил:
Старший преподаватель кафедры ТГВ Яковенко В.П.
Работа принята с оценкой __________________________
Барнаул 2012
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
ЛР 270800.07.000 ОТ
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Лабораторная работа№7
Стадия
Листов
8
АлтГТУ, СТФ, гр. С-15
Содержание:
1 Цель и задача.................................................................................................................................3
2 Основные теоретические положения.........................................................................................3
3 Схема установки и методика измерений...................................................................................6
4 Протокол измерений....................................................................................................................6
5 Обработка результатов.................................................................................................................7
6 Анализ результатов......................................................................................................................8
7 Вывод……………………………………………………………………………………….……8
8 Список литературы.......................................................................................................................8
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ЛР 270800.07.000 ОТ
ЛР 290700.01. 000 ОТ
1 Цель и задача
Цель – исследование потерь напора на преодоление местных сопротивлений.
Задачи:
Местные потери напора (энергии) жидкости возникают на коротких участках трубопровода с препятствиями для потока, называемыми местными сопротивлениями. Местные сопротивления вызываются фасонными частями, арматурой, другим оборудованием трубопроводов. Это оборудование вызывает изменение величины или направления скорости движения на отдельных участках трубопровода (при расширении или сужении потока, из-за поворота, при протекании через диафрагмы, задвижки и т.п.), что связано с появлением дополнительных потерь напора.
В водопроводных трубопроводах потери напора на местные сопротивления обычно невелики и составляют не более 10-20% от потерь напора на трение. В воздухопроводах вентиляционных и пневмотранспортных установок, в дутьевых установках котельных потери на преодоление местных сопротивлений часто значительно больше потерь напора на трение. Местные сопротивления являются весьма существенными также при расчете трубопроводов.
Величину потери напора, затраченной на преодоление какого-нибудь местного сопротивления, принято оценивать в долях от скоростного напора, соответствующего скорости непосредственно за рассматриваемым местным сопротивлением. Она определяется из формулы Вейсбаха:
, (2.1)
где (2.2) – называется коэффициентом местного сопротивления.
Коэффициенты различных местных сопротивлений ζ находятся обычно опытным путем. Таблицы этих значений (или эмпирические кривые и формулы для них) содержатся в инженерных справочниках и руководствах по гидравлике. Для некоторых практически важных случаев значения коэффициентов местных сопротивлений удается получить также теоретическим путем.
Иногда местные потери выражаются в виде эквивалентной длины lэ прямого участка трубопровода, сопротивление которого по величине равно рассматриваемым местным потерям напора. Используется условие:
или (2.3)
Коэффициент гидравлического трения λ зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости. Поэтому одному и тому же значению коэффициента местного сопротивления ζ в общем случае соответствует различное значение эквивалентной длины. Лишь в квадратичной области сопротивления, когда λ ≠ f(Re), эквивалентная длина заданного местного сопротивления постоянна.
Основные виды местных потерь напора условно разделяют на группы:
2.1 Потери при изменении сечения трубопровода
Внезапное расширение трубопровода от диаметра d1 до диаметра d2 приводит к тому, что поток, выходящий из узкой трубы, не сразу заполняет все поперечное сечение широкой трубы. Жидкость в месте расширения отрывается от стенок и дальше движется в виде свободной струи, отделенной от стальной жидкости поверхностью раздела. Поверхность раздела неустойчива, на ней возникают вихри, в результате чего происходит перемешивание транзитной струи с окружающей жидкостью. Струя постепенно расширяется и на некотором расстоянии l от начала расширения заполняет все сечение широкой трубы. Из-за отрыва потока и связанного с этим вихреобразования происходят значительные потери напора.
Внезапное сужение трубопровода также приводит к потерям напора. Многочисленные опыты показывают, что струя сжимается на некотором удалении от места внезапного сужения, приобретая наименьшую площадь сечения ωсж. Сжатие струи объясняется тем, что частицы жидкости, достигнув края отверстия, продолжают и дальше двигаться в прежнем направлении, лишь постепенно отклоняясь от него. После минимального сечения струя постепенно расширяется, занимая всю площадь новой трубы. Происходящие потери в большей степени связаны с участком расширения струи.
Постепенное расширение трубопровода сопровождается потерями напора, но они значительно меньше, чем при внезапном. Плавно расширяющийся участок трубы называется диффузором. При течении жидкости в нем происходит постепенное уменьшение скорости и увеличение давления. Кинетическая энергия частиц жидкости уменьшается как вдоль диффузора, так и в направлении к стенкам. Слои жидкости у стенок имеют столь малую кинетическую энергию, что не могут преодолевать нарастающее давление, останавливаются и начинают двигаться обратно. При столкновении основного потока с этими обратными токами возникает отрыв потока от стенок и вихреобразования. Эти явления и связаны с потерями напора. Интенсивность этих явлений возрастает с увеличением угла расширения диффузора.
Постепенное сужение трубопровода приводит к росту скорости потока и уменьшению давления. Постепенно суживающаяся труба называется конфузором. Так как жидкость движется от большего давления к меньшему, то причин для срыва потока в конфузоре меньше. Отрыв потока от стенок имеет место на выходе из конфузора в месте соединения конической трубы с цилиндрической. Поэтому сопротивление конфузора всегда меньше, чем сопротивление диффузора с теми же геометрическими характеристиками. Потери напора в конфузоре также складываются из потерь на постепенное сужение и потерь на трение.
2.2 Потери при изменении направления потока
Рассмотрим течение
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ЛР 270800.07.000 ОТ
потока жидкости на повороте трубопровода. В результате искривления потока на вогнутой стороне внутренней поверхности трубы давление больше, чем на выпуклой. В связи с этим создаются различия в скорости и направлении по течению, способствующие отрыву потока от стенок. Это приводит сначала к сужению струи, а затем к ее расширению. При этом возникают значительные потери напора.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ЛР 270800.07.000 ОТ
v
vсж
α=90º
Рисунок 2.1 - Резкий поворот (прямоугольное колено)
При резком повороте трубы (рисунок 2.1), который называется простым или острым коленом (незакругленное колено), потери напора особенно велики. Коэффициент сжатия струи зависит от величины угла поворота . Так, например, при =0 =1, а при =90 (прямоугольное колено) =0,5. То есть ширина вихря составляет около половины ширины трубы. Для последнего случая получаем:
(2.4)
2.3 Потери при протекании через арматуру
Потери напора в арматуре трубопроводов происходят из-за сужения потока, расширения его, а также и поворотов. С гидравлической точки зрения приспособления для искусственного создания сопротивления (задвижки, клапаны, затворы и др.) действуют аналогично диафрагме. Потери напора в кране и дросселе зависят от угла поворота δ. При δ=0 сопротивление их будет наименьшим. С увеличением угла δ потери возрастают, и при δ=90˚ коэффициент сопротивления становится бесконечно большим. Коэффициенты местного сопротивления приводятся в таблицах, составленных на основании опытов.
Потери напора в стыках возрастают с уменьшением расстояния между
сварными стыками, уменьшаются с увеличением диаметра труб и зависят от видов сварных стыков (электродуговые и контактные, а также с подкладными кольцами).
2.4 Потери при отделении части потока и слиянии
Потери в тройниках. Тройником называют деталь трубопровода, в которой происходит слияние или разделение потока. Тройники подразделяют на нагнетательные (когда жидкость из магистрали течет в ответвление) и всасывающие (когда жидкость поступает из ответвления в магистраль). Потери напора в тройниках возникают в результате отрыва потока от стенок с последующим расширением. Величина коэффициентов местного сопротивления тройников зависит от углов сопряжения, диаметров магистрали и ответвления, соотношения расходов жидкости в ответвлениях, а также от направления течения.
Вопрос о значениях коэффициентов местного сопротивления в тройниках с теоретической точки зрения изучен еще недостаточно.
2.5 Взаимное влияние местных сопротивлений
Приводимые в справочниках данные о значениях коэффициентов местного сопротивления относятся к случаю, когда течение происходит с установившимся полем скоростей. На практике местные сопротивления располагаются подчас настолько близко одно к другому, что поток между ними не успевает выравниваться. Это вызвано тем, что вихреобразование от предыдущего местного сопротивления сказывается на значительном расстоянии по течению, большем, нежели расстояние до следующего местного сопротивления. То расстояние после местного сопротивления, в пределах которого устанавливается нормальная эпюра распределения скоростей и прекращается влияние местного сопротивления на поток, называют длиной влияния местного сопротивления.
Во многих случаях совокупные потери напора в трубопроводе вычисляются путем простого сложения потерь напора в отдельных местных сопротивлениях, как если бы каждое местного сопротивление существовало самостоятельно и независимо от других местных сопротивлений. Этот метод простого суммирования (наложения потерь или суперпозиция) дает правильные результаты лишь в том случае, если сопротивления расположены на расстояниях, превышающих длину влияния.
В противном случае возмущающие влияния одних местных сопротивлений сказываются на других. Так, например, поворот трубы на 30˚ вызывает сопротивление с коэффициентом ζ=0,11, поворот по углом 60˚ дает ζ=0,47, а соединение обоих поворотов последовательно
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ЛР 270800.07.000 ОТ
вызывает сопротивление с ζ=0,40.
При больших числах Рейнольдса для оценки длины влияния пользуются соотношением lвл=(30-40)d. (7.5) В действительности длина влияния зависит как от геометрии местного сопротивления, так и от числа Рейнольдса (возрастает с его увеличением), а также от шероховатости трубопровода.
Установка для проведения замеров (рисунок 3.1) представляет собой два вентилятора (9, 10), соединенных последовательно и питающих воздушным потоком трубопровод сложной конструкции. Трубопровод имеет на каждом участке шайбы статического давления (1-6), а на конце приемник полного давления (7) – трубку Пито. Трубы диаметром 50 мм состоят из последовательно соединенных трех прямоугольных колен(1-2, 2-3, 3-4), а также внезапного расширения (4-5) и внезапного сужения (5-6). Для замеров статического и полного давлений применяется микроманометр с наклонной трубкой ММН-1 (8).
1
2
3
4
5
6
7
lм
kм
8
9
10
Рисунок 3.1 - Схема лабораторной установки
Перед началом эксперимента замерить значения температуры в лаборатории, давления и влажности.
В начале эксперимента присоединяем резиновые трубки микроманометра к точке забора полного давления (7) и шайбе статического давления (6). Замеряем показания микроманометра (lм).
Затем последовательно присоединяем резиновые трубки микроманометра к точкам забора статического давления и измеряем lм с записью в протокол измерений.
4 Протокол измерений
Таблица 4.1-Таблица результатов опытов
|
Наименование величин |
Обозначения, формулы |
Вид сопротивления |
|||
|
сужение |
расширение |
||||
|
1(II) |
2(III) |
1(IV) |
2(V) |
||
|
Площади сечений, см2 |
ω |
0,45 |
0,35 |
0,35 |
0,7 |
|
Средние скорости за сопротивлением, см/с |
V2 |
48,4 |
62,2 |
62,2 |
31,1 |
|
Опытные значения местных потерь, см |
hМ (hВС, hР) |
0,8 |
1 |
||
|
Коэффициенты местных сопротивлений |
0,11 |
1 |
|||
|
Расчётные значения местных потерь, см |
0,17 |
1,1 |
t=27оС p=750 мм.рт.ст. влажность φ=40%
ρ=1,17 кг/м3 ν=1,57·10-5 м2/с kм=0,2
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ЛР 270800.07.000 ОТ
Таблица4.2-Протокол измерений и расчетных величин
|
Точки замеров |
lм, мм вод ст |
v, м/с |
q, н/м2 |
Δp, н/м2 |
ζ |
ζсправ |
|
7-6 |
35 |
10 |
59 |
----- |
----- |
----- |
|
1-2 |
31 |
10 |
59 |
60,8 |
1,03 |
1 |
|
2-3 |
39 |
10 |
59 |
76,5 |
1,30 |
1 |
|
3-4 |
21 |
10 |
59 |
41,2 |
0,71 |
1 |
|
5-4 |
9 |
2,5 |
3,7 |
17,7 |
0,23 |
0,5 |
|
5-6 |
28 |
10 |
59 |
54,9 |
0,93 |
0,37 |
|
1-6 |
102 |
10 |
59 |
200,1 |
3,39 |
3,37 |
5 Обработка результатов
Для обработки результатов лабораторной работы 7 следует:
1) Перенести из таблицы 4.1 значения площадей сечений и скоростей в таблицу 7.1.
2) Определить опытные значения местных потерь hМ (hВС, hР) из графика (лаб.раб № 6).
3) Найти расчётные значения местных потерь, сравнить их с опытными и объяснить их расхождения.
Для обработки результатов опытов с системой воздуховода выполнить следующее:
1) По номограммам определить плотность и коэффициент кинематической вязкости воздуха.
2) По известному значению коэффициента манометра (kм) и снятым показаниям lм высчитать скорость потока V , скоростной напор q и разность давлений Δp. по формулам (7.6., 7.7. и 7.8.):
(7.6) (7.7) (7.8)
Примечание: ζВС, ζР – коэффициенты для внезапного сужения и расширения.
3) Коэффициент местного сопротивления рассчитывается по формуле (7.2).
При расчете коэффициента местного сопротивления внезапного расширения (участок 5-4) скоростной напор рассчитывается по формуле:
,
где q – скоростной напор, рассчитанный для точек 7-6.
Во время опытов заполняются столбцы значений lм, а затем рассчитываются скорости v, скоростной напор q, разность давлений Δp и коэффициент местного сопротивления ζ.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ЛР 270800.07.000 ОТ
6 Анализ результатов
В ходе выполнения лабораторной работы были рассчитаны коэффициенты местного сопротивления для пяти участков. Для первых двух участков вычисленные значения коэффициентов практически не отличаются от справочных, для остальных – различия существлены. В целом расчетное и экспериментальное значения трубопровода совпадают, разница составляет не более 3%. Эти расхождения объясняются неучетом взаимного влияния местных сопротивлений справочными.
7 Вывод
В данной лабораторной работе мы опытным путём определили значения местных потерь для результатов измерений предыдущей лабораторной работы для канала переменного сечения и коэффициенты местного сопротивления для различных участков воздуховода, также сравнили полученные результаты со справочными значениями.
Список литературы
1. Еремин С.Д., Яковенко В.П. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Гидравлика».