Описание лабораторной установки. Лабораторный стенд состоит из бака 1, стеклянной прозрачной трубки 4, на конце которой установлен кран K8
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 (Vср), 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 λ 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 ν жидкости.
Они определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
, (3.1)
где λ – 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 λ с помощью эксперимента:
(3.3)
Значения коэффициента λ, 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 δ 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 δ при турбулентном режиме движении жидкости выделяют три зоны гидравлических сопротивлений:
1) при δ >∆, 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 δ=∆ или при
20d/∆< Re <500d/∆, (3.7)
имеет место переходная зона гидравлических сопротивлений, в которой λ вычисляется с помощью формулы Альтшуля:
(3.8)
3) при δ<∆ 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