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.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ (КОЭФФИЦИЕНТА ДАРСИ).
1. Цель работы:
- Изучение способов определения коэффициента гидравлического трения;
- Изучение методики экспериментального определения коэффициента гидравлического трения;
- Установление зависимости коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса.
2. Основные теоретические положения.
В реальных потоках жидкости присутствуют силы вязкого трения. В результате слои жидкости трутся друг об друга в процессе движения. На это трение затрачивается часть энергии потока, по этой причине в процессе движения неизбежны потери энергии. Эта энергия, как и при любом трении, преобразуется в тепловую энергию. Из-за этих потерь энергия потока жидкости по длине потока, и в его направлении постоянно уменьшается, то есть напор потока H в направлении движения потока становится меньше. Если рассмотреть два соседних сечения потока 1-1 и 2-2, то потери гидродинамического напора h составят:
,
где H1-1- напор в первом сечении потока жидкости,
H2-2- напор во втором сечении потока,
h - потерянный напор - энергия, потерянная каждой единицей веса движущейся жидкости на преодоление сопротивлений на пути потока от сечения 1-1 до сечения 2-2.
С учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть
. (1)
Индексами 1 и 2 обозначены характеристики потока в сечениях 1-1 и 2-2.
Если учесть, что характеристики потока – средняя скорость течения и коэффициент Кориолиса зависят от геометрии потока, которая для напорных потоков определяется геометрией трубопровода, понятно, что потери энергии (напора) в разных трубопроводах будут изменяться неодинаково.
Выделяют два вида потерь напора – потери на трение по длине трубопровода и местные потери.
Потери на трение по длине.
При течении реальных (вязких) жидкостей по трубам и каналам возникают потери напора, обусловленные внутренним трением. Эти потери пропорциональны длине участка русла, на котором они имеют место, и поэтому они называются потерями на трение по длине.
Гидравлические потери в напорных потоках происходят за счет уменьшения вдоль потока удельной потенциальной энергии жидкости. Удельная кинетическая энергия жидкости в этом случае если и меняется вдоль потока при заданном расходе, то не за счет потерь энергии, а вследствие изменения размеров поперечного сечения русла, так как она зависит только от скорости, а скорость определяется расходом и площадью сечения
В общем случае величина потери на трение по длине определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:
, (2)
где - средняя скорость потока, L – длина участка трубопровода, d – диаметр трубопровода, - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси).
Значение коэффициента зависит от режима течения жидкости.
При ламинарном режиме течения зависит только от числа Рейнольдса и может быть найден по формуле:
. (3)
При турбулентном режиме в общем случае является функцией как числа Re, так и шероховатости поверхности трубопровода (эквивалентная высота выступов шероховатости ). Конкретный вид зависимости зависит от соотношения величин шероховатости и числа Re. Наиболее универсальной для турбулентных течений является формула Альтшуля:
. (4)
3. Описание лабораторной установки.
Гидравлическая принципиальная схема стенда приведена на рисунке 1.
В состав стенда входят гидробак Б, шестеренный насос Н, фильтр Ф, предохранительный клапан КП, регулятор расхода РР, два гидрораспределителя Р1 и Р2, пружинный аккумулятор А, два гидродросселя ДР1 и ДР2, трубопроводы. Привод насоса осуществляется от электродвигателя. Информационно-измерительная система стенда включает 6 манометров (МН1 – МН6, манометр МН5 – электроконтактный с двумя управляемыми контактами), расходомер скоростного типа РА, термометр Т и электронный секундомер.
Управление гидрораспределителями осуществляется тумблерами Р1 и Р2.
При установке тумблера в положение “РУЧН.” электронный секундомер используется для определения времени прохождения через расходомер РА заданного объема жидкости (с тем, чтобы в дальнейшем определять расход жидкости в трубопроводе).
Рис. 1 Схема гидравлическая принципиальная стенда
Питание секундомера включается тумблером “Вкл.”, начало отсчета времени – тумблером “Счет.”, сброс показаний электронного табло – кнопкой “Сброс”. При нажатии кнопки “Сброс” секундомер не должен производить отсчет времени, то есть тумблер “Счет” необходимо переключить в нижнее положение.
Исследуемым в данной работе участком является участок ab.
4. Порядок выполнения:
4.1. Включить питание стенда;
4.2. Включить питание электродвигателя;
4.3. Включить тумблер Р1 в положение “Вкл.”.
4.4. Дать возможность поработать установке в течение 5 – 6 минут.
4.5. При различных значениях расхода зарегистрировать по манометрам МН1 и МН2 давления Pa и Pb, а также время прохождения через расходомер заданного объема рабочей жидкости и температуру жидкости. Результаты измерений занести в таблицу в протоколе испытаний.
4.6. После выполнения всех опытов отключить питание электронного секундомера, электродвигателя и стенда.
5. Обработка результатов измерений:
5.1. Для каждого отсчёта с помощью уравнения Бернулли (1) вычислить потерю напора на трение hтр.
5.2. Рассчитать для каждого опыта значения скорости течения и числа Рейнольдса:
, (5)
, (6)
где S – площадь поперечного сечения трубопровода.
. (7),
где d – внутренний диаметр трубопровода, - коэффициент кинематической вязкости жидкости, который находится в зависимости от температуры по таблице 1.
Таблица 1. Коэффициент кинематической вязкости масла при различных температурах
|
t °C |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
ν, м2/с |
400·10-6 |
250·10-6 |
160·10-6 |
120·10-6 |
90·10-6 |
70·10-6 |
5.3. С помощью формулы Дарси-Вейсбаха (2), зная величину потерь напора hтр, выразить для каждого опыта коэффициент гидравлического трения .
5.4. С помощью формулы (3) или (4) – в зависимости от наблюдаемого режима течения – вычислить теоретические значения коэффициента гидравлического трения .
5.5. Результаты расчётов занести в таблицу 2.
|
№ |
, м/с |
, м/с |
Re |
|
|
|
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
4 |
||||||
|
5 |
||||||
|
6 |
||||||
|
7 |
5.6. Построить в одной координатной плоскости графики зависимости и .
5.7. Рассчитать погрешности измерений, результаты занести в таблицу 2.
6. Содержание отчёта.
Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
Лабораторная работа № Определение коэффициента гидравлического трения.
Группа:
Дата испытаний:
Исполнители:
Исходные данные:
Внутренний диаметр трубопроводов d = м
Длина исследуемого участка l = м
Плотность масла = кг/м3
Результаты испытаний:
|
№ |
V, м3 |
t, с |
T, 0С |
Pa, МПа |
Pb, МПа |
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
|||||
|
4 |
|||||
|
5 |
|||||
|
6 |
|||||
|
7 |
Подпись исполнителей
Подпись преподавателя