Материал: Авдеев Е.Ф., Ющенко Н.Е. Лабораторный практикум по курсу Механика жидкости и газа

Для канала с сечением треугольной ячейки (рис. 4.4)

Рис. 4.4

1.Установить максимальный расход воздуха.

2.Снять перепад напора на дифманометре 6, соединенном с расходомерной диафрагмой.

3.С помощью микроманометра 5 измерить разность между давлением в точке 1 и давлением в точке 8 канала. При измерении разности давлений штеккер, соединенный с микроманометром резиновой трубкой, поочередно вставляется в отверстия.

31

4.Повторить опыт для 5–6 различных значений расходов воздуха.

5.По барометру снять атмосферное давление.

6.Результаты замеров занести в таблицу.

Расчет

Для круглой трубы

1. Для трубопровода, имеющего диафрагму, рассчитать значение объемного расхода, пользуясь соотношением

где H – разность показаний пьезометров, установленных на диафрагме, см; С = 1.031·10–4 – коэффициент расхода данной диафрагмы. Сравнить результат со значением расхода, полученным объемным способом.

2.Определить коэффициент кинематической вязкости по формуле Пуазейля (2.2).

3.Определить средние скорости течения.

4.Вычислить число Рейнольдса.

5.Построить график экспериментальной связи lg p = f (lgVср) и сделать вывод о гидравлической гладкости илишероховатости трубы.

6.Используя формулу Дарси-Вейсбаха, вычислить по перепаду

давления на длине трубы коэффициенты сопротивления λ для различных расходов.

7. Для гидравлически гладкой трубы сравнить опытные значения λ с расчетными по общепринятым формулам (Блазиуса, Никурадзе, Филоненко); в случае гидравлически шероховатой трубы определить эквивалентную высоту бугорка шероховатости и естественную шероховатость (см. лаб. работу №5).

Для трубы некруглого сечения

Повторить выполнение пп. 2–7 с учетом того, что средняя скорость воздуха определяется по перепаду давления на расходомерной диафрагме по формуле (4.5), а динамическая вязкость воздуха μ по формуле

В выводах сравнить коэффициенты сопротивлений круглой трубы и в канале некруглого сечения.

32

Таблицы измеренных величин

Круглая труба

Примечание:

внутренний диаметр трубы – dвнутр = 10 мм; диаметр диафрагмы – d(4, 5) диафр .= 6,5 мм;

длины участков трубопровода (рис. 4.2): l 1,2 = 1м, l 2,3 = 0,37 м, l 3, 4 = 0,5 м, l 5, 6 = 0,5 м.

Канал некруглого сечения

Контрольные вопросы

1.Объяснить природу сопротивлений по длине потока.

2.Как зависят потери напора по длине от средней скорости для ламинарных и турбулентных потоков?

3.Как можно экспериментально установить гидравлическую гладкость или шероховатость канала?

4.Почему возникают вторичные поперечные течения в каналах некруглого сечения?

33

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Определение коэффициента сопротивления по длине шероховатой трубы

Если толщина ламинарного подслоя сравнима со средней величиной выступов шероховатости, коэффициент сопротивления трению λ оказывается зависящим от величины бугорков шероховатости и от числа Рейнольдса. В этой области коэффициент сопротивления может быть определен по зависимости Альтшуля (1951 г.)

где kэф – эффективная шероховатость; у0 – расстояние от стенки трубы до слоя, движущегося со средней скоростью потока;

Когда вязкий ламинарный подслой разрушен выступами шероховатости (δ < k), коэффициент сопротивления трению оказывается зависящим только от шероховатости, не зависит от числа Рейнольдса, следовательно, сопротивление пропорционально квадрату средней скорости.

Область квадратичного сопротивления шероховатых труб имеет место при Re > 500·d / k.

Рассчитать коэффициент λ в этом случае можно по формуле, предложенной Никурадзе,

34

Чтобы применить приведенные зависимости, справедливые для песочной шероховатости, к расчету труб с естественной шероховатостью вводится понятие эквивалентной шероховатости.

Эквивалентной шероховатостью называется такая песочная шероховатость, которая в квадратичной области сопротивления дает одинаковое с естественной шероховатостью значение коэффициента гидравлического сопротивления λ. Для заданного трубопровода эквивалентная шероховатость определяется экспериментальным путем; опытным путем устанавливается область зависимости

λ= λ(Re), затем находится значение λ в квадратичной области, где

λне зависит от Re, и далее, например, из формулы Шифринсона (5.6) определяется эквивалентная шероховатость.

Для труб из различных материалов, условий эксплуатации и т.д. значения эквивалентной шероховатости найдены опытным путем и систематизированы в справочниках.

Зависимость λ = λ(Re, k) для труб с искусственной песочной и естественной шероховатостью получается примерно одинаковой. Отличие имеет место лишь в области доквадратичного сопротивления: для естественной шероховатости кривые плавно снижаются в пределах всей зоны, а для песочной – вначале снижаются, а потом возрастают.

Цель работы

1.Убедиться в справедливости квадратичного закона сопротивления для гидравлически шероховатых труб.

2.Определить опытные значения коэффициента сопротивления трению.

3.Оценить эквивалентную и естественную шероховатости исследуемой трубы.

35