Описание лабораторной установки

Лабораторный стенд состоит из бака 1, стеклянной прозрачной трубки 4, на конце которой установлен кран K₈, емкость 3 с окрашенной водой (марганец) из которой окрашенная струйка вытекает по тонкой трубке 5.

Расход воды определяется объемным способом: , а средняя скорость , где S – площадь сечения трубопровода, W – объем воды, поступившей в сливной бак 2 за время Т.

Рисунок 2.1 – Схема лабораторного стенда

Порядок выполнения экспериментальных исследований

1) Закрыть кран К₂ и К₇, а затем открыть К₁ и наполнить напорный бак 1 водой, контролируя ее уровень по водомерной трубке. Открыть кран К₆ и слить воду из мерного бака (если она там есть).

2) Закрыть кран К₆. Открыть краны К₇, К₈, К₉ и с помощью крана К₈ в стеклянной трубке 4 создать ламинарный режим движения жидкости (окрашенная струя жидкости, которая вытекает из сливной магистрали 5, не смешивается с потоком воды);

3) Измерить температуру воды t и отрезок времени Т, за которой наполняется сливной бак 2 (или некоторая его часть);

4) С помощью крана К₈ создать турбулентный режим и произвести такие же измерения как в п.3;

5) Определить среднюю скорость движения жидкости (V_ср), расход (Q), а также число Рейнольдса для каждого режима течения жидкости. Все результаты измерений и вычислений записать в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Наблюдаемый режим движения	Объем воды в мерном баке, W (м³)	Время наполнения бака, T (с)	Средняя скорость, V (м/с)	Расход, Q (м³/с)	Число Рейнольдса, Re

Ламинарный
Турбулентный

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Краткие теоретические сведения;

3. Схема лабораторного стенда (см. рис. 2.1);

4. Заполненную таблицу 2.2 результатами измерений и вычислений;

5. Расчетные формулы с подстановкой числовых данных и результаты расчетов;

6. Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

а) При каких условиях может существовать ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости?

б) Как зависит значение «критического» числа Рейнольдса от формы и свойств трубы, по которой протекает жидкость?

в) Как изменяется кинематическая вязкость воды при изменении температуры?

г) Какой режим движения жидкости чаще встречается в гидросистемах? Почему?

Библиографический список

1. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - М: Машиностроение, 1982. - 423с.

2. А.А. Угинчус. Гидравлика и гидравлические машины - изд.4, перераб. и доп. -Изд-во Харьковского ун-та, 1970.

3. Большаков В.А. и др. Справочник по гидравлике. - К.: Вища школа, 1984. – 343 с.

4. Вакина Б.В.. Денисенко И.Д., Столяров А.Л. Машиностроительная гидравлика. Примеры расчетов. - К: Вища школа, 1987. - 208 с.

3. Лабораторная работа №3.
«Экспериментальное исследование
коэффициента гидравлического трения»

Цели работы:экспериментально определить коэффициент гидравлического трения при разных значениях числа Рейнольдса и сравнить его со значениями, вычисленными по эмпирическим формулам.

Теоретический раздел

Основные положения

Как показали многочисленные эксперименты и большой практический опыт, потери по длине зависят от длины трубы l и диаметра d, шероховатости ее стенок, средней скорости V и кинематической вязкости жидкости.

Они определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

, (3.1)

где – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси), который надо определить при выполнении этой лабораторной работы.

Принимая во внимание, что труба лабораторного стенда горизонтальная и ее диаметр не меняется, то есть средняя скорость V = const, а также на рабочем участке нет никаких местных сопротивлений, из уравнения Бернулли, относительно площади сравнения О-О для поперечных сечений 1-1 и 2-2, придем к выводу, что

. (3.2)

В таблице 3.1 приведены значения средней высоты выступов шероховатости () внутренней поверхности некоторых труб.

Таблица 3.1 – Средняя высота выступов шероховатости внутренней поверхности трубы

Трубы:	, мм
1. Стальные бесшовные: а) новые чистые; б) старые, находящиеся в эксплуатации.	0,03…..0,05 0,06….0,15
2. Стальные сварные: а) новые и чистые; б) умеренно ржавые; в) старые ржавые.	0,04…0,06 0,08…0,15 0,2…0,7
3. Из цветных металлов	0,005
4. Гибкие рукава	0,03

Из формулы 3.1 можно получить зависимость для определения с помощью эксперимента:

(3.3)

Значения коэффициента , которые будут получены по формуле 3.2, сравним со значениями, которые будут вычислены по одной из приведенных далее формул. При ламинарном режиме справедлива формула:

(3.4)

Рисунок 3.1 – Турбулентное ядро

На основе исследований уставлена такая структура турбулентного потока: 1) тонкая ламинарная пленка около стенок трубы; 2) переходный слой; 3) турбулентное ядро, занимающее всю центральную часть потока (см. рис. 3.1). Ламинарная пленка полностью или частично покрывает элементы шероховатости на внутренней поверхности стенок трубы, около которых постоянно возникают завихрения, переходящие в ядро потока, где они постепенно разделяются на меньшие завихрения. Кинетическая энергия мельчайших завихрений под действием сил внутреннего трения переходит в теплоту. Так можно объяснить процесс расхода энергии на преодоление трения (потерь по длине) при турбулентном движении жидкости.

Толщина ламинарной пленки зависит от скорости течения потока – при увеличении скорости она уменьшается.

В зависимости от соотношения высоты выступов шероховатости (см. табл. 3.1) и толщины ламинарной пленки при турбулентном режиме движении жидкости выделяют три зоны гидравлических сопротивлений:

1) при >, то есть выступы шероховатостей полностью покрыты ламинарной пленкой или при

2300<Re<20d/, (3.5)

имеет место гладкая зона гидравлических сопротивлений, для которой справедлива формула Блазиуса:

(3.6)

2) при = или при

20d/< Re <500d/, (3.7)

имеет место переходная зона гидравлических сопротивлений, в которой вычисляется с помощью формулы Альтшуля:

(3.8)

3) при < или при

Re >500d/ (3.9)

наступает квадратичная зона гидравлических сопротивлений, для которой, с помощью формулы Шифринсона, получим:

(3.10)

Лабораторный стенд (см. рис. 3.2) состоит из напорного бака 1, трубы 3 неизменного поперечного сечения и сливного бака 2. В начале и в конце рабочей поверхности длиной L установлены открытые пьезометры.

Рисунок 3.2 – Схема лабораторного стенда