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
Лабораторная работа № 3
Цель работы: экспериментальное определение потерь энергии на транспортирование жидкостей и газов по сложному трубопроводу, включающему в себя магистральный трубопровод и участки с резким изменением геометрии потока.
Транспортирование текучих сред (жидкостей и газов) по трубопроводам осуществляется с помощью нагнетательных устройств (насосов, вентиляторов и т.п.). Для того чтобы перемещать текучую среду, нагнетательное устройство должно затрачивать некоторую энергию. Оказывается, эта энергия зависит не только от физических свойств текучей среды, но и от характеристик трубопроводной системы. Эксплуатационные расходы энергии на транспортирование можно существенно сократить за счет выбора оптимальной геометрии трубопроводной системы, что может быть реализовано только после изучения основных закономерностей течения жидкостей и газов по трубопроводам.
Поток жидкости либо газа можно характеризовать объемным расходом Q (м3/с) и средней по сечению трубы скоростью v (м/с). Расход является одной из основных характеристик потоков жидкости либо газа. Расходом называется количество жидкости или газа, которое перемещается через поперечное сечение трубопровода в единицу времени. Объемный расход и скорость, связаны между собой соотношением
|
, |
(3.1) |
где S – площадь поперечного сечения трубы, м2.
При движении реальных жидкостей и газов часть механической энергии движения необратимо превращается в тепловую. Эта часть энергии называется потерей энергии . Потери энергии обусловлены существованием сил вязкого трения в жидкостях и газах, т.е. вязкости. С потерями энергии связаны потери давления, которые находим как
|
, |
и потери напора, которые определяются как
|
, |
где – плотность жидкости либо газа, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Потери давления измеряются в Па, потери напора в м.
Существование сил вязкости приводит к затратам энергии на перемещение текучих сред. Часть мощности, затрачиваемая нагнетательным устройством на транспортирование по трубопроводу текучих сред с расходом Q, определяется выражением
|
, Вт. |
Гидравлические потери давления (напора) обычно делят на два вида. Первый вид представляет собой потери давления на трение ртр при стабилизированном движении жидкости в длинных трубах. Эти потери равномерно распределяются по всей длине трубы. Потери второго вида (рм) сосредоточены на сравнительно коротких участках трубопроводов и вызываются местными изменениями конфигурации канала. Эти сопротивления называются местными. Примерами местных сопротивлений могут служить участки резкого расширения и сужения трубопровода, места слияния и разделения потоков, различного рода трубопроводная аппаратура (вентили, клапаны, задвижки, дроссели и т.п.). Характерной особенностью движения жидкости через местные сопротивления является образование вихрей в потоке, что вызывает значительные потери энергии (давления, напора).
Таким образом, полные потери давления и напора определяются выражениями:
|
, |
(3.2) |
|
, |
Потери напора по длине для случая установившегося движения жидкости по трубопроводу круглого сечения определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
|
, |
где – коэффициент гидравлического трения (коэффициент потерь напора по длине);
l – длина рассматриваемого участка трубы, м;
d – диаметр трубопровода, м;
v – средняя скорость движения жидкости, м/с.
Из формулы Дарси-Вейсбаха видно, что величина потерь напора на гидравлическое трение по длине возрастает с увеличением скорости потока и длины трубы и уменьшается с увеличением диаметра трубопровода.
Местные потери напора определяются по формуле
|
, |
где – коэффициент местного сопротивления.
Коэффициент гидравлического трения зависит от режима течения жидкости и шероховатости трубы. Эта зависимость называется законом сопротивления.
Коэффициент местного сопротивления также зависит от режима течения и от вида и конструктивного исполнения местного сопротивления.
Сравнительный анализ различных гидравлических сопротивлений показывает, что потери энергии значительно возрастают при резком изменении диаметра трубы, при резких поворотах и т.п.
Значения коэффициентов сопротивления, как правило, определяются опытным путем и в обобщенном виде содержатся в справочниках в виде эмпирических формул, таблиц, графиков. В приложении к работе приведены некоторые данные по гидравлическим сопротивлениям.
Основные методы снижения потерь энергии при транспортировании жидкостей и газов по сложным трубопроводам:
Схема установки приведена на рис. 3.1. Вода из напорного бака 1 проходит последовательно через входной вентиль 2, магистральный трубопровод 3, участки трубопровода с резким 4 и плавным 5 поворотами, резким расширением 6 и резким сужением 7, диафрагму 8 и сливается в бак 10. Расход воды регулируется вентилем 9 и определяется по перепаду давления на диафрагме 8 с помощью тарировочного графика. Уровень в баке 1 поддерживается постоянным, с помощью насоса 11.
Пьезометрический напор в жидкости на различных участках трубопровода определяется по показаниям пьезометрических трубок h1 – h10, выведенных на общий щит и установленных на исследуемых участках трубопровода.
Рис. 3.1. Схема экспериментальной установки.
Диаметр магистрального участка трубопровода d = 1,6102 м; плотность воды – 1000 кг/м3
1. Включить насос 11 и заполнить напорный бак 1.
При данном значении расхода снять показания всех пьезометров, данные занести в табл. 3.1.
Изменить расход жидкости и при каждом значении расхода снять показания всех пьезометров, данные занести в табл. 3.1. После выполнения работы закрыть вентили 2 и 9 и отключить насос.
Таблица 3.1
|
№ опыта |
Показания пьезометров |
|||||||||
|
h1, мм |
h2, мм |
h3, мм |
h4, мм |
h5, мм |
h6, мм |
h7, мм |
h8, мм |
h9, мм |
h10, мм |
|
|
1 2 3 |
|
V = 4Q/d2, м/с. |
(3.3) |
где d диаметр магистрального участка трубопровода и d = 1,6×10-2 м;
Таблица 3.2
|
№ опыта |
1 |
2 |
3 |
|
|
Объемный расход |
Q, м3/с |
|||
|
Средняя скорость |
V, м/с |
|||
|
Входной вентиль |
Dh1,2, м |
|||
N1,2, Вт |
||||
|
Магистральный трубопровод |
Dh2,3, м |
|||
|
N2,3, Вт |
||||
|
Резкий поворот на 90о |
Dh3,4, м |
|||
|
N3,4, Вт |
||||
|
Плавный поворот на 90о |
Dh4,5, м |
|||
|
N4,5, Вт |
||||
|
Резкое расширение |
Dh6,7, м |
|||
|
N6,7, Вт |
||||
|
Резкое сужение |
Dh7,8, м |
|||
|
N7,8, Вт |
||||
|
Диафрагма |
Dh9,10, м |
|||
|
N9,10, Вт |
|
, |
(3.4) |
где плотность воды 1000 кг/м3;
g ускорение свободного падения 9,8 м/с;
hпот потери напора по длине на данном участке трубопровода;
Q объемный расход, м3/с;
Выводы:
Контрольные вопросы по лабораторной работе № 3
Цель лабораторной работы и объект исследования.
Основные элементы экспериментальной установки и их назначение.
Какие величины характеризуют поток жидкости или газа?
Какие устройства используются для перекачивания жидкостей и газов?
Расход жидкости. Единицы измерения объемного расхода. Зависимость объемного расхода от скорости.
Чем обусловлены потери энергии при транспортировании жидкостей в трубопроводах?
Виды гидравлических потерь.
Виды местных сопротивлений.
Как определить мощность, затрачиваемую на транспортирование текучих сред по трубопроводу?
Как зависят потери энергии от скорости потока, длины и диаметра трубопровода? Влияние качества поверхности труб, их геометрии на потери энергии.
Основные методы снижения потерь энергии при транспортировании жидкостей и газов.
6