Определяне на загуба на напор по дължината на тръбопровода
Целта на работата е да се изследва загубата на напор по дължината при стабилен равномерен турбулентен флуиден поток и да се проверят изчислените зависимости за определяне на загубите.
- Изчислете загубата на напор и коефициента на хидравлично триене (коефициент на Дарси) за 2 дебитаQ1иQ2(възможни са повече стойности).
- Определете емпирично големината на загубата на налягане и коефициента на Дарси за същите дебити.
- Сравнете изчислените и експерименталните данни.
Основни положения и изчислени зависимости
Когато реалните течности се движат, възникват съпротивителни сили. За преодоляването им се изразходва част от енергията, притежавана от движещата се течност.
Загубата на енергия (напор) по дължинатаhl, когато вискозен флуид се движи в тръбопровод под налягане, се определя от формулата на Дарси-Вайсбах
,
къдетоλ- коефициент на съпротивление на триене по дължина (коефициент на Дарси);
l, d -дължина и диаметър на тръбопровода;
V -средна скорост;
g -ускорение на свободно падане.
Коефициентътλе безразмерна променлива, която зависи от редица характеристики: диаметър и грапавост на тръбата, вискозитет и скорост на течността.
Влиянието на тези характеристики върху стойносттаλсе проявява по различни начини за различните режими на движение в тръбата. В един диапазон измерването на числата на Рейнолдсλсе влияе в по-голяма степен от скоростта, в другия диапазон преобладаващо влияние имат геометричните характеристики: диаметърът и грапавостта на тръбата (височината на издатините на грапавосттаΔ).
В тази връзка се разграничават четири области на съпротивление, в които изменениетоλима своя закономерност.
Първа зона -зона на ламинарен поток. Ограничено е до стойноститеRe6 за определяне наλ, приложима е формулата на Конаков
С числаRe5, коефициентътλза гладки тръби може да се определи от по-проста връзка, предложена от Blasius
.
Третата област е преходна от областта на гладките тръби към квадратната. Тук дебелината на ламинарния слойδе равна или по-малка от издатините на грапавосттаΔ, които в този случай действат като препятствия в близост до стените, увеличавайки турбулентността и, следователно, съпротивлението в потока. За определяне на преходния регион може да се приложи формулата на Френкел
.
Загубата на налягане по дължината на тръбата в преходната област на съпротивление е пропорционална на скоростта в степен от 1,75 до 2,0.
Четвъртата област е зоната на хидравлично грапави тръби или квадратично съпротивление. В тази област няма пристенен ламинарен слой. Основното влияние върху съпротивлението на потока е грапавостта на тръбата. Колкото по-големи са грапавите издатини, толкова по-голяма турбуленция причиняват и толкова по-голяма е консумацията на енергия в потока за преодоляване на съпротивлението. В областта на квадратичното съпротивление коефициентътλне зависи от скоростта.
По формулата на Никурадзе
къдетоr- радиус на тръбата, mm;
Δ- височина на проекциите на грапавостта, взети съгласно референтни данни.
Така че в тази областλне зависи от скоростта, тогава загубата на напор е пропорционална на квадрата на скоростта
Следователно тази област на съпротивление се нарича квадратна.
Прилагат се други формули, вижте таблица 4.2.
Операция
Преди да започнете експериментите, запишете първоначалните данни в отчета.
1. Задайте дебита и определете средния дебит.
.
Разходът се определя емпирично с помощта на мерителен съд и хронометър.
2. Измерете температурата на водата на изхода на пробната тръба.
3. Съгласно таблица 4, определете кинематичния вискозитет в зависимост от температурата.