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
Абрамов А. А.
ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ В ГЛАДКИХ ТРУБАХ НА ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.
Процессы, происходящие при движении рабочего тела в каналах различного рода, имеют очень важное значение в разных областях техники и представляют большой практический и теоретический интерес. Развитие энергетики, повышение уровня безопасности энергетических установок предполагает все более широкое использование систем, основанных на естественной циркуляции рабочего тела в каналах. Дальнейшее развитие энергетики требует повышения эффективности энергетических установок.
1
При расчете различных гидравлических систем необходимо учитывать потери напора для обеспечения заданных параметров. Определение коэффициента гидравлического трения является, как правило, основной задачей при гидравлическом расчете системы.
Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление — безвозвратные потери удельной энергии (переход её в теплоту) на участках гидравлических систем, обусловленные наличием вязкого трения.
Гидравлические потери принято разделять на два вида:
*потери на трение по длине — возникают при равномерном течении, в чистом виде — в прямых трубах постоянного сечения, они пропорциональны длине трубы;
*местные гидравлические потери — обусловлены т. н. местными гидравлическими сопротивлениями — изменениями формы и размера канала, деформирующими поток. Примером местных потерь могут служить: внезапное расширение трубы, внезапное сужение трубы, поворот, клапан и т. п.
Формула Вейсбаха в гидравлике — эмпирическая формула, определяющая потери напора или потери давления при развитом турбулентном течении несжимаемой жидкости на гидравлических сопротивлениях
где
Формула Вейсбаха, определяющая потери давления на гидравлических сопротивлениях, имеет вид:
где
— потери давления на гидравлическом сопротивлении;
Если гидравлическое сопротивление представляет собой участок трубы длиной эль и диаметром д , то коэффициент Дарси определяется следующим образом:
где лямбда — коэффициент потерь на трение по длине.
Тогда формула Дарси приобретает вид:
или для потери давления:
Для установившегося ламинарного режима течения коэффициент гидравлического сопротивления определяется по уравнению Пуазейля и зависит только от числа Рейнольдса. При превышении критического числа Рейнольдса возникает турбулентное течение в потоке теплоносителя. Также переход от ламинарного течения жидкости к турбулентному зависит от шероховатости стенок трубы, местного сопротивления, и возмущений, вносимых в поток со стороны окружающей среды.
2 Число, или, правильнее, критерий Рейно́льдса — безразмерная величина. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.
Число Рейнольдса определяется следующим соотношением:
ро— плотность среды, кг/м3;
в — характерная скорость, м/с;
эль— характерный размер, м;
тэта— динамическая вязкость среды, Н·с/м2;
ню— кинематическая вязкость среды, м2/с() ;
ку — объёмная скорость потока;
а — площадь сечения трубы.
Число Рейнольдса есть отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости.
Также число Рейнольдса можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине (ввиду внутреннего трения).
3
Режим движения жидкости влияет на степень гидравлического сопротивления. На сегодняшний момент для расчета тепло-гидравлических характеристик канала используются следующие способы:
* проведение натурного эксперимента по моделированию исследуемого процесса;
* проведение численного эксперимента методом конечных элементов (МКЭ);
* проведение серий аналитических исследований на базе существующих эмпирических или полуэмпирических зависимостей.
Указанные способы обладают своими недостатками, в первом случае, это дороговизна, трудоемкость и необходимость большого резерва времени. Второй и третий способ объединяет недостаток в точности получаемых результатов, во втором случае на точность расчета влияют правильность задания граничных условий, шаг расчета, а в третьем случае распространение эмпирических зависимостей на всевозможные режимы течения.
4
Рассматривая опубликованные в литературе зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса для разных видов теплоносителя, а также различной геометрии канала можно видеть, что указанные зависимости в общем случае обладают определенным сходством.
В работе предлагается процедура предобработки экспериментальных результатов по определению гидравлических характеристик исследуемых систем. Данная процедура заключается в последовательном выполнении следующих операций.
5
Сначала полученную экспериментально зависимость сопротивления от числа Рейнольдса заменяют двумя прямыми, представляя результаты экспериментов в логарифмической системе координат.
Правому (турбулентному) режиму течения жидкости будет соответствовать практически горизонтальный участок, а левому (ламинарному) режиму течения будет соответствовать круто наклоненный к оси чисел Рейнольдса участок кривой. Эти участки пересекаются в области, соответствующей критическому числу Рейнольдса. Условно продолжив левый круто наклоненный участок кривой до пересечения с осями координат получим два значения – условный коэффициент гидравлического сопротивления и условное значение числа Рейнольдса.
6
Нормируя на эти значения координаты точки перелома, получим две координаты – приведенный коэффициент сопротивления и приведенное значение числа Рейнольдса. В приведенной системе координат эти два числа дают точку, которую можно считать, в некотором смысле, образом исходной экспериментальной кривой.
7
Проводя аналогичные преобразования для других экспериментальных и расчетных зависимостей коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса и представляя их в той же приведенной системе координат, получим прямолинейную зависимость приведенного гидравлического сопротивления от приведенного числа Рейнольдса.
8
Используя тангенс угла как 3 координату можно построить 3 мерный график приведенных значений к углу
9
При исследовании неизвестного процесса достаточно двух точек при рассмотрении ламинарного потока, чтобы определить и предсказать поведение турбулентной части и точку перехода данного процесса.
Совместное рассмотрение полученных результатов с результатами экспериментального определения зависимости сопротивления от чисел Рейнольдса, а также результатами испытаний металлических теплоносителей и сохранение высокого значения коэффициента корреляции в случае совместного рассмотрения всех этих данных (0,9447), позволяют сделать вывод о высокой степени универсальности методики.