Определение коэффициентов местных сопротивлений

Цель работы: Определить опытным путем величины коэффициентов местных сопротивлений (x) в напорном трубопроводе и сравнить полученные значения с данными, приведенными в справочниках.

Основные положения и расчетные зависимости

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 являетсяналичие при турбулентном режиме вихревыхзон (рис. 7.1) и деформации эпюры скоростей.

Рис.7.1. Кинематическая структура потока в зоне местного сопротивления диафрагмы

Транзитный поток отделен от вихревой зоны осредненной во времени и пространстве поверхностью раздела ab. Транзитная струя в области вихревой зоны неустойчива. Поэтому поверхность раздела аb является зоной интенсивного вихреобразования и перехода механической энергии в тепловую. В виду большой сложности явлений, происходящих вжидкости, протекающей через местное сопротивление, только в отдельных случаях коэффициент x может быть найден теоретически. В преобладающем большинстве случаев x определяется опытным путем. Исследования, проведенные учеными, показали, что зависимость коэффициента x от Re наблюдается при ламинарном режиме движения жидкости. В турбулентном потоке влияние числа Re на коэффициент x 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 h_м ¹ 0, h_l = 0.

, (7.1)

где – полная удельная энергия потока перед местным сопротивлением;

– полная удельная энергия потока после местного сопротивления.

Величина коэффициента местного сопротивления определяется по формуле

. (7.2)

Описание экспериментальной установки

В качестве экспериментальной установки используется трубопровод переменного сечения для демонстрации уравнения Бернулли (рис. 5.1.). Вид местного сопротивления задается каждому студенту (группе студентов) индивидуально: внезапное сужение, внезапное расширение, диафрагма, плавное сужение, плавное расширение.

Измерение расходов производится объемным способом с помощью мерного бака и секундомера. Для измерения давлений перед и после местного сопротивления служат пьезометры.

Порядок проведения работы

1. Установка приводится в рабочее состояние, для чего запорными вентилями устанавливается какой-либо постоянный расход в системе.

2. Снимаются показания пьезометров при установившемся движении жидкости и замеряется объем воды за время t.

3. Замеряется температура воды в мерном баке.

4. Повторить опыт при расходах, близких к первоначальному.