УДК 532.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРИ НАПОРА ПО ДЛИНЕ ТРУБЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Поспелова В.К., Кобесова А.К.
Казахский национальный университет им.аль-Фараби, Алматы Научный руководитель – к.ф.-м.н., доцент Туралина Д.Е.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Как известно, при движении реальных жидкостей возникают силы сопротивления движению. Можно выделить два основных вида сопротивлений: местные и сопротивления, проявляющиеся по всей длине потока. Нас интересуют последние, обусловленные силами трения частиц жидкости друг о друга и о стенки каналов, ограничивающих поток. Потери энергии, соответствующие этим сопротивлениям, называются потерями на трение или потерями по длине и обозначаются hд, для вычисления которых пользуются формулой Дарси-Вейсбаха [1-2]:
2 ,
2
Д d g
h l где – коэффициент гидравлического трения (далее КГД);
d – диаметр трубы, м; l – длина трубы, м; – средняя скорость, м/с;
g – ускорение силы тяжести, м/с2.
Из формулы логически вытекает, что для определения величины потери напора необходимо знать значение . В данной работе займемся вычислением КГД на основе опытных данных.
СВЕДЕНИЯ ОБ УСТАНОВКЕ
Для расчетов мы использовали собственные данные, полученные вследствие проведения эксперимента на лабораторном стенде «Гидродинамика». Стенд оснащен несколькими модулями для проведения различных расчетов, мы использовали модуль М3 – «Потери напора по длине трубы». Принцип работы модуля: М3 пьезометрирован в расчетных сечениях. Насос закачивает воду, и пропускает ее по трубе, после чего вода через сливной шланг возвращается в бак. Расход жидкости можно регулировать при помощи вентилей и крана, перекрывающими вход и выход в трубе.
ЦЕЛИ:
1. Определить опытным путем значения гидравлического коэффициента трения при различных температурах;
2. Установить зависимость потерь напора по длине от скорости потока; определить эмпирические коэффициенты этой зависимости.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Прежде всего, проверим готовность установки к работе: напорный бак должен быть заполнен водой, пьезометры необходимо проверить на отсутствие в них воздуха (при закрытом кране уровни жидкости должны быть на одной высоте).
2. Начнем эксперимент. Откроем вентили и кран, установим постоянный расход.
Замерим за сколько времени наполнилась емкость 1 л (объемный расход Q) и температуру жидкости Т, снимем показания с пьезометров (Н1 и Н2).
3. Добавим в бак горячей воды. Замерим температуру – если температура жидкости увеличилась, снимем остальные показатели, если же увеличение температуры незначительно (1-2 oС), добавим еще горячей воды.
4. Замерили расход жидкости, ее температуру и сняли показания пьезометров.
5. Повторим последние два пункта еще несколько раз.
6. После завершения эксперимента, перекроем вентили и отключим насос.
В итоге у нас получилось семь замеров перечисленных показателей, то есть горячую воду в бак мы доливали семь раз. Однако из всех семи для дальнейших расчетов мы
0,0180 0,0185 0,0190 0,0195 0,0200 0,0205 0,0210
54266,7 61792,3 69023,8
выбрали только три пункта, где изменение температуры воды (а мы взяли за ориентир именно этот показатель) составляла несколько градусов.
ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
1. Для начала вычислим q=Q/t, чтобы посчитать среднюю скорость движения q/s
.
2. По справочной таблице определим значение кинематической вязкости ν [м2/с], соответствующей измеренной температуре.
3. По вычисленным значениям и ν находится число Рейнольдса Red/.
4. Непосредственно по разности показаний пьезометров определяется потеря напора по длине трубопровода hД.
5. Из формалы Дарси-Вейсбаха высчитаем опытное значение коэффициента гидравлического трения.
6. Так же вычислим коэффициент гидравлического трения по одной из существующих эмпирических формул, которую подберем в зависимости от значения числа Рейнольдса (мы выбрали формулу Никурадзе).
7. Занесем все полученные данные и результаты в таблицу.
8. Сравним значения коэффициента λ, вычисленные по эмпирическим формулам, с найденным значением λоп.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Экспериментально определили коэффициент сопротивления трения в трубе.
Приобрели навыки гидравлического эксперимента. Построили график зависимости.
Re(λн). Для наглядности на график штрихпунктиром нанесли результаты λд.
Не смотря на то что ни вентили ни кран мы не трогали, расход в каждом режиме различен. Менялась температура. Из этого можно выявить зависимость скорости потока он температуры потока: с увеличением температуры жидкости, скорость потока увеличивается.
Для гидравлического коэффициента трения верно обратное – с увеличением температуры жидкости, коэффициент λ уменьшается.
А так же с увеличением числа Re гидравлического коэффициента трения уменьшается (формула Никурадзе).
Литература
1. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Стройиздат, 1975. – 327с.
2. Рабинович Е.З. Гидравлика. – М.: Недра, 1980. – 278 с.
Данные Найденные величины
H1, см
H2, см
t, с
·10-
5
м2/с T,
oС l, см
30 hд,
см
q·10
-3
м3/с υ, м/с
Re λд λн
31, 2
19 2 0,737 1
34 S, мм
2
20 0
12, 2
0,50 2,5 0
54266, 7
0,0204 0
0,0198 8 27,
6
14,4 1,9 0,681 4
38, 4
Q, м3
10-
3 13,
2
0,52 2,6 3
61792, 2
0,0199 2
0,0193 7 25,
2
11,0 1,8 0,643 9
41, 4
d, мм
16 14, 2
0,55 2,7 7
69023, 8
0,0192 3
0,0189 5
