Материал: Лабораторный практикум Ч 1

воды к турбулентному, а также начало развитого турбулентного режима течения и соответствующие им значения числа Re.

Сравните общепринятые экспериментальные и полученные Вами значения критических чисел Рейнольдса. Сделайте выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Какие режимы движения наблюдают при течении жидкости? Как изменяется характер движения жидкостных частиц при переходе от одного режима к другому?

2.Физический смысл критерия Рейнольдса. Чему равно нижнее и верхнее критические числа Рейнольдса для труб круглого сечения?

3.От каких факторов зависит переход от одного режима течения к другому?

4.Дайте определение динамической и кинематической вязкости и укажите их единицы измерения.

5.Объясните принцип работы ротаметра.

6.Опишите эпюру скоростей при ламинарном и турбулентном режимах течения.

7.Каково соотношение между средней и максимальной скоростями при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости?

8.На что влияет внезапное или постепенное расширение или сужение потока?

9.Укажите формулы, по которым рассчитывается критерий Рейнольдса для круглой трубы и для потоков произвольного поперечного сечения.

10.Приведите уравнение, описывающее профиль скорости при ламинарном режиме течения в круглой трубе.

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА

В химической технологии осуществление многих процессов невозможно без перемещения жидкостей и газов через аппараты, соединённые между собой трубопроводами. Для перемещения капельных жидкостей применяют насосы, а для упругих жидкостей (газов и паров) – вентиляторы и газодувки.

При движении реальных жидкостей в трубопроводах удельная энергия потока по ходу движения убывает вследствие:

–трения жидкости о стенки и переноса импульса в поперечном направлении вследствие вязкости жидкости;

–преодоления так называемых местных сопротивлений, т.е. таких участков гидравлической сети, на которых происходит изменение скорости потока по величине и/или по направлению.

К местным сопротивлениям относятся вход в трубопровод и выход из него, сужения и расширения потока, отводы (повороты трубопровода), соединительные колена, тройники, диафрагмы и другие измерительные устройства, вентили, краны, задвижки и прочая запорно-регулировочная арматура.

Из-за потери энергии, которая необратимо теряется в виде тепловой энергии (диссипируется), в уравнении Бернулли для реальных жидкостей возникает так называемый потерянный напор hп:

где 1 и 2 – рассматриваемые по ходу движения поперечные сечения потока, z1 и z2 – средние нивелирные высоты сечений над произвольной горизонтальной плоскостью, м; p1 и p2 – средние давления в сечениях, Па; g – ускорение свободного падения, м/с2; v1 и v2 – средние скорости потока в сечениях, м/с; α1 и α2 – коэффициенты кинетической энергии, ρ – плотность жидкости, кг/м3; hп – потерянный напор, м (Дж/Н).

12

Потерянный напор складывается из сопротивления трения (или сопротивления по длине трубопровода L) и всех местных сопротивлений трубопровода:

В инженерных расчётах принято потерянный напор выражать пропорционально удельной кинетической энергии потока – скоростному

напору v2 . Так, потери напора на трение описываются выражением:

2 g

где ξтр – коэффициент сопротивления трения, или коэффициент потерь энергии по длине трубопровода (например, ξтр = 5 означает, что на преодоление сил трения по длине трубопровода затрачено пять скоростных напо-

ров v2 ), λ – коэффициент гидравлического трения, dэ – эквивалентный

2 g

диаметр, равный для трубы круглого сечения её внутреннему диаметру. Потери напора на местные сопротивления:

– коэффициент местного сопротивления, показывающий, сколько скоростных напоров теряется при преодолении жидкостью местного сопротивления.

Таким образом, потерянный напор:

Для расчёта коэффициента гидравлического трения в исследуемом

13

стеклянном трубопроводе можно использовать формулу Блазиуса для гидравлически гладких труб (применима в диапазоне Re = 4000÷100 000):

Перепады давления, возникающие при движении жидкости через местное сопротивление или прямой участок трубы, определяют по показаниям U-образных дифференциальных манометров, соединённых трубками с точками до и после соответствующего участка гидравлической сети:

где ρм и ρ – плотности манометрической жидкости и жидкости в трубопроводе, соответственно, кг/м3; hман – разность уровней столба манометрической жидкости в коленах дифманометра, м;

Объёмный расход жидкости в м3/с обычно находят по показаниям дифманометра, присоединённого к измерительной диафрагме hман диафр.:

где α – коэффициент расхода диафрагмы, который в данной работе следует определять экспериментально, используя показания ротаметра; hман диафр. – разность уровней столба манометрической жидкости в коленах подключённого к диафрагме дифманометра, м.

Средняя скорость жидкости определяется по уравнению расхода:

где d – внутренний диаметр трубопровода, м.

Напор насоса, перекачивающего воду по стеклянному трубопроводу, рассчитывается по показаниям манометра и вакуумметра:

где pман и pвак – показания манометра и вакуумметра, соответственно, Па;

14

h0 – расстояние по вертикали от точки присоединения вакуумметра до центра манометра, м.

Цель работы: экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений, коэффициента расхода диафрагмы и коэффициента гидравлического трения; сравнение экспериментально определённых и справочных значений коэффициентов; оценка потерянного напора; ориентировочное определение рабочей точки.

Описание установки

Схема лабораторной установки представлена на рис. 2.1.

Вода из ёмкости Е двухступенчатым центробежным насосом Н марки PEDROLLO 2 CPm 25/130N мощностью 0,75 кВт и максимальной производительностью 42 м3/ч подаётся в стеклянный трубопровод, пройдя который она возвращается в ёмкость Е. На напорной линии насоса установлен регулирующий вентиль ВР1, ротаметр РТ и манометр (поз. 2), на всасывающей линии – вакуумметр (поз. 1). Насос также снабжён байпасной (обводной) линией с регулирующим вентилем ВР2. Участок напорной линии, на котором расположены вентиль ВР1 и ротаметр РТ, имеет меньший внутренний диаметр, чем стеклянный трубопровод, в связи с чем этот участок снабжён точками подключения к U-образному дифференциальному манометру, заполненному ртутью с ρм = 13600 кг/м3 (поз. 3).

На стеклянном трубопроводе имеются следующие местные сопротивления, соединённые трубками с U-образными дифманометрами, заполненными подкрашенным четырёххлористым углеродом с ρм = 1590 кг/м3: 1) Кос – косой участок трубопровода под прямоточный вентиль с наклонным шпинделем (косва) (поз. 4), 2) ВН – вентиль нормальный (поз. 6), 3) С

– сужение (изменение внутреннего диаметра от 45 до 35 мм), 4) Кол – колено с поворотом под углом 90° трубопровода внутренним диаметром 35 мм [2]. Кроме того, между элементами Кос и ВН имеется прямой участок ПУ, соединённый с U-образным дифманометром также заполненном подкрашенным четырёххлористым углеродом (поз. 5). С помощью трёхходовых кранов КТ1 и КТ2 прямой участок (ПУ) подключается к дифмано-

15