Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения




Скачать 127.94 Kb.
НазваниеЦель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения
Дата19.09.2012
Размер127.94 Kb.
ТипДокументы
ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения для опытного трубопровода постоянного сечения; сравнение найденного значения с вычисленными по эмпирическим формулам.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При движении реальных жидкостей возникают силы сопротивления движению; на преодоление их затрачивается часть энергии, которой обладает движущаяся жидкость.

В гидравлике различают два основных вида сопротивлений: местные и сопротивления, проявляющиеся по всей длине потока. Последние обусловлены 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.

Если двумя сечениями выделить некоторый участок потока, то энергия hд, затраченная на преодоление сопротивлений по длине между ними, может быть определена из уравнения Бернулли как разность полных удельных энергий в этих сечениях:

hд = E1-E2, (1)

где Е1 – полная удельная энергия в сечении 1-1,

E2 – полная удельная энергия в сечении 2-2,

Здесь z – высота положения центра тяжести над горизонтальной плоскостью сравнения (стол, пол);

– пьезометрическая высота, измеряется от центра тяжести потока жидкости до уровня жидкости в пьезометре;

– скоростной напор.

Тогда

(2)

Для горизонтальной трубы постоянного сечения выражение (2) принимает вид

(3)

Из выражения (3) следует, что можно экспериментально определить потери напора по длине потока в трубе постоянного диаметра только по показаниям пьезометров, установленных в конечных его сечениях.

Для вычисления потери напора по длине при движении жидкости по трубам пользуются формулой Дарси-Вейсбаха

(4)

где  – коэффициент сопротивления трения (безразмерный);

d – диаметр трубы, м;

l – длина трубы, м;

– средняя скорость, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с2.

Из формулы (4) следует, что для определения величины потери напора необходимо знать значение .

Для определения коэффициента  предложен ряд формул, учитывающих зависимость его от различных факторов: размеров поперечного сечения труб, числа Рейнольдса и шероховатости стенок. В общем случае эта зависимость имеет вид



где - число Рейнольдса;

ν – кинематическая вязкость;

k – абсолютная шероховатость (средняя величина выступов и неровностей на внутренней стенке трубы).

Многочисленными опытами установлено, что при ламинарном течении шероховатость стенок не влияет на сопротивление.



Рис. 1


При исследовании турбулентных потоков жидкости обычно принимают двухслойную модель Л. Прандтля (рис.1), согласно которой турбулентный поток состоит из вязкого подслоя 1, непосредственно прилегающего к твердой поверхности, и турбулентного ядра 2, занимающего остальную часть сечения потока. Наличие вязкого течения у стенки доказано экспериментально.

Толщина вязкого подслоя в зависит от Re и уменьшается при его увеличении.

В зависимости от соотношения между толщиной вязкого подслоя в и абсолютной шероховатостью k при турбулентном движении различают стенки гидравлически гладкие, когда в k, и стенки гидравлически шероховатые, когда в k.

Деление стенок или поверхностей на гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые является относительным, так как одна и та же стенка в зависимости от скорости протекания жидкости может быть либо гладкой, либо шероховатой.

В результате экспериментальных работ по изучению гидравлических сопротивлений в трубах, проведенных И. Никурадзе и другими, было установлено существование пяти зон сопротивлений, каждая из которых характеризуется своими закономерностями.

1 зона зона вязкого сопротивления охватывает случаи ламинарного режима течения. Здесь коэффициент  не зависит от шероховатости стенок и является функцией только числа Re. В этой зоне

hд~; =f (Re).

Коэффициент для труб круглого сечения определяется по закону Пуазейля

. (5)

Верхней границей этой зоны является Re  2300.

2 зона переходная между ламинарным и турбулентным режимами (примерно в пределах Re = 2000–4000). В этой зоне для вычисления λ можно пользоваться приближенной формулой Френкеля

. (6)

Последующие 3 зоны охватывают случаи турбулентного движения, но с различной степенью турбулизации потока.

3 зона зона турбулентного движения в гидравлически гладких трубах, в которой

в k; hд1,75; =f (Re). (7)

Коэффициент , как и в предыдущих двух зонах, зависит только от числа Re и может определяться по последующим эмпирическим формулам:

а) для труб круглого сечения при  10 и 4103 Re  105 рекомендуется формула Блазиуса

(8)

б) при  10 и любых числах Re справедлива формула Конакова

(9)

где kэ – эквивалентная шероховатость (величина выступов однородной абсолютной шероховатости, которая при расчетах дает одинаковую с действительной шероховатостью величину потери напора).

4 зона переходная зона сопротивления (зона доквадратичного сопротивления). Здесь выступы шероховатости, в отличие от предыдущих зон, начинают обнажаться и выходить за пределы ламинарной пленки. В этой зоне

hд1,75-2; вk;

Коэффициент , если 500>>10, может определяться по формулам Альтшуля:

(10)

(11)

5 зона зона квадратичного сопротивления (автомодельная зона). Здесь ламинарная пленка разрушается, выступы шероховатости обнажаются и омываются турбулентным ядром. Коэффициент  практически уже не зависит от Re, а является функцией только шероховатости стенок.

В этой зоне

hд2; в k; .

Для определения  при > 500 для труб круглого сечения можно пользоваться формулой Никурадзе:

(12)

где r – радиус трубы, или формулой Шифринсона:

(13)

Формулы Альтшуля (10)–(11) являются универсальными и могут быть использованы при определении коэффициента  для всей области турбулентного течения.

ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ

Работа выполняется на гидравлическом стенде ТМЖ-2.

Стенд ТМЖ-2 содержит систему подачи воды с напорным и питательными баками и насосом, систему измерения расхода жидкости с ротаметрами и мерной диафрагмой, блок водяных пьезометров для измерения давлений, органы управления электрической частью стенда, трубопроводы и запорную арматуру. Исследуемыми объектами являются различные участки трубопроводов, сопла, насадки и др. Так как стенд ТМЖ-2 обеспечивает выполнение нескольких лабораторных работ (в этом смысле он является универсальным), то принципиальная схема стенда остается неизменной, а схема применительно к конкретно выполняемой лабораторной работе отличается только исследуемым объектом (модулем).

Схема опытной установки представлена на рис. 2. Установка состоит из бака питания 1, из которого с помощью насоса 2 вода закачивается в напорный бак 3, при этом вода проходит через ротаметры 4.




Рис. 2


1 – бак питания; 2 – насос;3 – напорный бак; 4 – ротаметры; 5 – напорная магистраль; 6 – вентили перед ротаметрами; 7 – исследуемый модуль; 8 – вентиль, с помощью которого изменяется расход в модуле; 9 – кран для слива и наполнения воды в бак питания; 10 – кран воздуховыпускной трубки.

Исследуемый модуль 7 устанавливается на кронштейнах, причем с одной стороны модуль соединяется с напорным баком 3, а с другой стороны он соединяется с краном 8, с помощью которого изменяется расход воды. Кран 9 служит для слива и наполнения воды в бак питания, а кран 10 для выпуска воздуха из напорного бака, что обеспечивает его гарантированное заполнение.

Работа по определению λ проводится на модуле №1 универсального гидравлического стенда ТМЖ-2.Он представляет собой горизонтально расположенную трубу постоянного сечения (d =15 мм = const), на которой установлено два пьезометра (расстояние между пьезометрами l = 0,3м). Вода в модуль поступает из напорного бака и сливается в бак питания.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Проверить готовность установки к работе (напорный бак заполнен водой, в воздухоспускной трубке 10 находится вода).

2.Проверить отсутствие воздуха в пьезометрах, для чего необходимо сравнить показания пьезометров. Если в них нет воздуха и вода в трубопроводе не движется (кран 8 закрыт), то уровни жидкости в пьезометрах должны быть на одной высоте.

3.Проверить закрытие вентилей 6 перед ротаметрами и игольчатого вентиля 8 и включить насос 2.

4.Открыть вентиль 8 на конце опытного трубопровода и перед ротаметром №3 и установить постоянный расход (по указанию преподавателя). Записать в таблицу показания ротаметра и пьезометров в данном режиме (для снятия показаний ротаметра использовать тарировочную кривую).

5.Провести 3 опыта при различных значениях расхода (по указанию преподавателя). Опыты выполняются при увеличивающемся расходе жидкости. Результаты измерений занести в таблицу.

6.Закрыть вентиль перед ротаметром N3 и вентиль 8.

7.Отключить насос 2 от сети.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. По объемному расходу Q, м3/с подсчитывается средняя скорость движения , м/с.

2. По измеренной температуре t, oС в баке по справочной таблице определяется кинематическая вязкость , м2/с.

3. По вычисленным значениям  и ν находится число Рейнольдса

.

4. Непосредственно по разности показаний пьезометров определяется потеря напора по длине трубопровода hд.

5. По формуле Дарси-Вейсбаха (4) подсчитывается опытное значение коэффициента сопротивления трения



6. В зависимости от значения числа Рейнольдса и комплекса , подсчитывается коэффициент сопротивления  по одной из эмпирических формул, приведенных в начале работы.

7. Все данные вычислений пп. 1–6 заносятся в таблицу.

8. Производится сравнение значений коэффициента λ, вычисленных по эмпирическим формулам, с найденным значением λоп.

Таблица

Наименование величин

1 опыт

2 опыт

3 опыт

Расход Q, м3










Средняя скорость , м/c










Число Рейнольдса Re





















Потери напора hд, м





















Температура воды t,0С










Кинематическая вязкость, м2











Примечание: При расчетах  по формулам принимать kэ= 0,015 мм,
l = 0,3 м, d = 15 мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От чего зависят потери напора по длине потока жидкости?

2. Как определяется потерянный напор hд расчетным и опытным путем?

3. От чего зависит коэффициент сопротивления ?

4. Каков порядок расчета коэффициента ?

5. Почему в рассматриваемой опытной установке потерянный напор определяется как разность пьезометрических напоров на концах трубопровода?

6. Какие имеются области гидравлического сопротивления?

7. Как определяется средняя скорость потока в трубе?


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кудинов В.А.,Карташов Э.М. Гидравлика.-М.:Высшая школа, 2006. -175с.

2. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы.-М.: Машиностроение,1982. -504с.

3. Рабинович Е.З. Гидравлика.-М.:Недра,1980. -278с.

4. Альтшуль А.Д.,Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика.-М.:Стройиздат,1975. -327с.

ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Отчет оформляется на двойном тетрадном листе.

2. Первая страница отчета содержит титульный лист методического пособия с указанием фамилии студента, выполняющего работу и преподавателя, принимающего работу.

3. Последующие страницы содержат:

- цель работы;

- основные теоретические сведения (кратко);

- схема лабораторной установки;

- основные формулы для расчета;

- итоговую таблицу с результатами опытов и вычислений;

- выводы по результатам работы.





ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»



К а ф е д р а «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика»


ПОТЕРИ НАПОРА ПО ДЛИНЕ В КРУГЛОЙ ТРУБЕ


Методические указания

к лабораторной работе № 11


Самара

Самарский государственный технический университет

2008


Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ


УДК 532.5 (07).


Потери напора по длине в круглой трубе: Метод. указ./ Сост. Л.И.Бабенкова, В.А. Кудинов, Л.Ф.Черняева, Самара, Самар. гос. техн. ун-т; 2008. 8 с.


Методические указания предназначены для студентов II и III курсов, обучающихся по специальностям механического, нефтяного, теплоэнергетического, химико-технологического факультетов при выполнении ими лабораторных работ по гидравлике.


Ил. 2. Табл. 1. Библиогр.: 4 назв.


УДК 532.5 (07).


Составители: Л.И.Бабенкова, В.А. Кудинов, Л.Ф.Черняева

Рецензен д-р техн. наук, проф. А.А. Кудинов


© Л.И.Бабенкова, В.А. Кудинов, Л.Ф.Черняева, составление, 2008

© Самарский государственный технический университет, 2008


Потери напора по длине в круглой трубе.


Составители: Бабенкова Лидия Ивановна

Кудинов Василий Александрович

Черняева Людмила Федоровна


Редактор В. Ф. Е л и с е е в а

Технический редактор В. Ф. Е л и с е е в а


Подп. в печать 07.06.08. Формат 60х84 1/16.

Бум. офсетная. Печать офсетная.

Усл. п. л. 0,7. Усл. кр.-отт. Уч-изд. л. 0,69. Тираж 50. Рег № 209.


__________________________________________________________________________


Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

443100. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус


Отпечатано в типографии

Самарского государственного технического университета

443100. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Корпус №8


Похожие:

Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЦель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения
Цель работы – экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения  для опытного трубопровода постоянного сечения; сравнение...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЛабораторная работа №5 определение коэффициента внутреннего трения воздуха и длины свободного пробега молекул
Экспериментальное определение коэффициентов внутрен-него трения и диффузии воздуха, длины свободного пробе-га и эффективного диаметра...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconОтчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха
Приборы и принадлежности: установка для определения коэффициента внутреннего трения, секундомер, термометр, барометр
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЛабораторная работа определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
На твердый шарик падающий в вязкой жидкости, действуют три силы: сила тяжести Р, подъемная fa (сила Архимеда), и сила сопротивления...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения icon1. Методы создания высокого вакуума
Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности жидкостей и твёрдых тел
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЭти потери в круглых трубопроводах, работающих полным сечением, вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха: (1) где  – безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом гидравлического трения (коэффициентом Дарси
Определить по опытным данным, воспользовавшись формулами (1) и (3), значение коэффициента гидравлического трения и величины коэффициента...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЛабораторная работа определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconЦель работы определение опытным путем коэффициентов местного сопротивления (внезапного расширения, внезапного сужения, поворота потока) и сравнение его
Цель работы – определение опытным путем коэффициентов местного сопротивления (внезапного расширения, внезапного сужения, поворота...
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconНациональный Ядерный Центр Республики Казахстан Институт Ядерной Физики удк: 533 01
Экспериментальное определение коэффициента распыления молибдена при облучении низкоэнергетическими ионами аргона
Цель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения iconОпределение коэффициента внутреннего трения воздуха и длины свободного пробега молекул
Такие процессы носят название кинетических. Все эти процессы, приближающие тело к состоянию равнове
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница