Пояснение к работе. При исследовании гидравлических сопротивлений в лабораторных условиях наиболее часто пользуются экспериментальными установками

При исследовании гидравлических сопротивлений в лабораторных условиях наиболее часто пользуются экспериментальными установками, работающими на воде. Наряду с этим используют также установки, работающие на воздухе, что упрощает проведение опытов и создает большие

возможности для исследования структуры потоков и визуальных наблюдений.

При исследовании гидравлических сопротивлений в потоках с малыми значениями критерия Рейнольдса в экспериментальных установках используют минеральные масла, водоглицериновые смеси и другие жидкости большой вязкости. Применение той или иной жидкости влияет на устройство экспериментальной установки, а также на выбор соответствующих измерительных средств.

На рис. 4.1 показана схема экспериментальной установки для работы на воде. Основными элементами установки являются: мерный бак, трубы с пьезометрами и вентилями.

Питание установки осуществляется забором воды из достаточно большого резервуара.

Рабочий участок трубопровода должен быть совершенно прямым, без дефектов и иметь длину l не менее 100 d, чтобы исключить влияние на его сопротивления различных местных особенностей (нарушение формы, размеров, различие в шероховатости поверхности и т. п.).

Диаметр d трубы следует измерять более точно, поскольку получаемое из опыта значение коэффициента гидравлического трения λ пропорционально d⁵. Поэтому в исследовательских работах диаметр находят по средней площади сечения трубы, определяемой как отношение объема мерного участка (измеряемого путем заполнения участка водой) к его длине.

Рис. 4.1. Схема экспериментальной установки для определения коэффициента сопротивления трения в трубах

Начало рабочего участка должно быть удалено от входа в трубопровод

Начало рабочего участка должно быть удалено от входа в трубопровод на расстояние не менее 50 d, чтобы устранить влияние начального участка на результаты опытов. Перед рабочим участком не должно быть также местных сопротивлений, нарушающих стабилизированное распределение скоростей потока, соответствующее режиму течения жидкости в трубе.

Потерю напора на трение измеряют дифференциальным пьезометром П2. Параметры установки должны быть выбраны так, чтобы обеспечить точность измерения 0,5 — 1,0%.

Расход измеряется с помощью мерного бака объемным способом. Регулирование расхода (скорости) воды осуществляется изменением степени открытия вентеля.

На трубопроводе, отводящем воду из рабочего участка трубопровода к мерному баку, имеется затвор (вентиль или задвижка) для регулирования режима работы системы.

При движении жидкости по трубам вследствие трения происходят потери напора. Потери напора на трение на участке трубы выражаются формулой

,

где - коэффициент гидравлического трения;

l - длина участка трубы;

- диаметр трубы;

- средняя скорость течения жидкости.

Существует ряд зависимостей для расчетного определения :

1) ламинарный режим

;

2) турбулентный режим - различают три области сопротивления

гидравлически гладких труб (Блазиус, 1913)

, при ;

доквадратичного сопротивления (А.Д. Альтшуль)

, при ;

квадратичных сопротивлений (Б.Л. Шифринсон)

, при .

где - абсолютная шероховатость трубы.

В эксперименте потери напора находят из уравнения Бернулли, составленного из двух сечений трубопровода I-I и II-II, находящихся на расстоянии l друг от друга:

,

откуда

.

При горизонтальной трубе z₁=z₂, а при постоянном сечении трубы v₁=v₂, тогда

.

Заменяя и показаниями пьезометров, получим

.

Коэффициент кинематической вязкости определяем по формуле

, см²/⁰С

где t – температура воды, °С.

Коэффициент гидравлического трения (опытный) вычисляем по формуле

.