1. Потери напора при внезапном сужении трубы. Введение

Цель работы - определение опытным путем величины коэффициентов местных сопротивлений () в напорном трубопроводе

Задача - сравнить полученные значения с данными, приведенными в справочниках.

2. Теория

При движении жидкости по трубопроводу часть энергии (напора) теряется на преодоление гидравлических сопротивлений, вызванных установкой трубопроводной арматуры (внезапное сужение, внезапное расширение, тройник, крестовина, колено, кран, вентиль, задвижка, диафрагма и т.д.). Эти гидравлические сопротивления называются местными, а потери энергии на них местными потерями.

Особенностью местных сопротивлений является наличие при турбулентном режиме вихревых зон (рис. 2.1) и деформации эпюры скоростей.

Рис. 2.1. Кинематическая структура потока в зоне местного сопротивления диафрагмы

Транзитный поток отделен от вихревой зоны осредненной во времени и пространстве поверхностью раздела . Транзитная струя в области вихревой зоны неустойчива. Поэтому поверхность раздела является зоной интенсивного вихреобразования и перехода механической энергии в тепловую. В виду большой сложности явлений, происходящих в жидкости, протекающей через местное сопротивление, только в отдельных случаях коэффициент может быть найден теоретически. В преобладающем большинстве случаев определяется опытным путем. Исследования, проведенные учеными, показали, что зависимость коэффициента от наблюдается при ламинарном режиме движения жидкости. В турбулентном потоке влияние числа на коэффициент весьма незначительно. При практических расчетах в области турбулентного режима движения этот коэффициент зависит только от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления.

При экспериментальных исследованиях потери энергии (напора) определяются из уравнения Бернулли при условии .

(2.1)

где – полная удельная энергия потока перед местным сопротивлением;

– полная удельная энергия потока после местного сопротивления.

Величина коэффициента местного сопротивления определяется по формуле

(2.2)

2.1. Описание лабораторного стена

Стенд (рис. 2.2) состоит из двух секций. В состав нижней секции входит двухтумбовый стол с установленным на нем поддоном, двумя кронштейнами для установки исследуемых модулей, ящиком для хранения модулей. Внутри нижней секции стенда находятся напорный и питательный баки, насосный агрегат, всасывающая и часть напорной магистрали, краны для регулирования расхода воды, органы управления электрической частью стенда.

В состав верхней секции входят:

· панель с вертикальными пьезометрами П1 для измерения давления в поперечных сечениях изучаемых модулей;

· расходомерная диафрагма Д1 для измерения расхода жидкости, протекающей через модуль;

· вентиль В1 для регулирования расхода жидкости, протекающей через модуль.

Рис. 2.2. Схема лабораторного стенда

2.1.1. Описание экспериментальной установки

Для проведения экспериментов используется модуль «потери напора на внезапное сужение» (рис. 2.3).

Измерение расходов производится с помощью расходомерной диафрагмы. Для измерения давлений до и после местного сопротивления служат пьезометры.

Рис. 2.3. Схема модуля «потери напора на внезапное сужение»

2.2. Порядок проведения лабораторной работы в действительности

1. Извлечь из ящика и установить модуль №2 «Потери напора на внезапное сужение» (кран К1 закрыт, насос выключен) – рис. 2.2.

2. Включить насос, открыть кран К1.

3. Открыть регулирующий вентиль В1, дождаться стабилизации показаний пьезометров.

4. Показания пьезометров занести в таблицу 2.1.

5. Изменить расход с помощью регулирующего вентиля В1 и повторить измерения 3–4 раза.

6. Закрыть кран К1, выключить насос, убрать модуль.

7. Повторить пп 1–6 с модулем №3 «Потери напора на внезапное расширение».

2.2.1. Обработка экспериментальных данных

1. Определить расход по перепаду напора на расходомерной диафрагме (рис. 2.4).

2. Найти по формуле Пуазейля кинематическую вязкость воды

, Ст

(2.3)

где – температура воды в градусах Цельсия.

3. Определить среднюю скорость в требуемых сечениях и скоростные напоры, при .

, Ст

(2.4)

4. Определить полные напоры в требуемых сечениях местного сопротивления и потери напора на нем: .

5. Вычислить коэффициент местного сопротивления .

2.2.2. Результаты измерений и вычислений

Таблица 2.1

= 20 °C; = … м²/с; = 9,81 м/с²
№ п/п
	м	м	м	м	м³/с	м/с	м/с
1
2
…

Продолжение таблицы 2.1


м	м	м	м	м	–

Рис. 2.4. Зависимость расхода от перепада давления на расходомерной диафрагме

3. Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

Z – визуальное приближение.

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.3. Функции манипулятора

Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).

Средняя клавиша манипулятора (СКМ) – взять (применить) объект (в режиме манипуляции). Также данная клавиша позволяет проводить ускоренную работу с некоторыми объектами (например, ускоренное закручивание (откручивание) рукоятки тормозного устройства).

Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Оборудование в лабораторной работе

Стенд состоит из двух секций.

В состав нижней секции входит двухтумбовый стол с установленным на нем поддоном, двумя кронштейнами для установки исследуемых модулей, ящиком для хранения модулей. Внутри нижней секции стенда находятся напорный и питательный баки, насосный агрегат, всасывающая и часть напорной магистрали, краны для регулирования расхода воды, органы управления электрической частью стенда.

В состав верхней секции входят:

· панель с вертикальными пьезометрами П1 (рис. 2.1) для измерения давления в поперечных сечениях изучаемых модулей (при нажатии на любой из пьезометров появится увеличенный вид всей панели), шкалы пьезометров - от 0 до 0,8 м;

· расходомерная диафрагма Д1 для измерения расхода жидкости, протекающей через модуль;

· вентиль В1 для регулирования расхода жидкости, протекающей через модуль.

· кран К1 (шаровой) имеет 2 положения: открыто и закрыто.

Рис. 3.3. Испытательный стенд

В стартовом положении насос выключен, кран К1 закрыт, регулирующий вентиль В1 полностью закрыт, все пьезометры показывают 0.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Порядок действий (рекомендованный)

Произведите необходимые действия и вычисления согласно подразделу 2.2.

5. Отчет

5.1. Форма отчета

1. ФИО студента, группа.

2. Расчетные и экспериментальные данные по ходу эксперимента.

3. Выводы по степени совпадения расчетных и экспериментальных данных.

Работу сдал «____»____________________201_г.

Работу принял «____»__________________201_г.

6. Авторы

Лабораторная работа «Потери напора при внезапном сужении трубы» по дисциплине «Гидромеханика»

Методическое обеспечение: доцент, к.т.н. Земенкова М.Ю.; Воронин К.С.; Тырылгин И.В.; Шарипов Э.А.

Под редакцией проф., д.т.н. Земенкова Ю.Д.

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Каздыкпаева А.Ж.