Тема. Визначення коефіцієнтів місцевих опорів

Мета роботи

1. Засвоїти такі основні поняття:

- два види втрат напору;

- місцеві опори;

- формула Вейсбаха;

- коефіцієнт місцевого опору.

2. Визначити експериментальним шляхом коефіцієнти місцевих опорів різних гідравлічних пристроїв.

Загальні відомості

Визначення втрат напору (енергії) при русі рідини по трубопроводу є одним з основних питань гідравліки. Розрізняють два види втрат напору:

– втрати напору по довжині;

– втрати напору на місцевих опорах.

Перший вид втрат напору виникає внаслідок в’язкості рідини та шорсткості стінок, тому ці втрати рівномірно розподілені по всій довжині потоку.

Другий вид втрат напору викликається так званими “місцевими опорами”. Місцеві опори - це такі ділянки трубопроводу (повороти, коліна, раптове розширення та інше) та гідравлічні пристрої (вентилі, крани, засувки, вимірювальні прилади), в яких виникає зміна швидкості за величиною, напрямком чи величиною та напрямком одночасно. Рух рідини крізь місцеві опори має складний вигляд. Потік рідини, проходячи крізь місцеві опори, деформується. Гідравлічні удари та завихрення, що виникають при цьому, призводять до втрат енергії.

Втрати напору визначаються за формулою Вейсбаха:

, (6.1)

де - коефіцієнт місцевого опору (додаток Г);

υ - середня швидкість потоку в трубопроводі після місцевого опору.

Звичайно при розрахунках втрат напору величина середньої швидкості відома, тому задача зводиться до визначення числового значення коефіцієнта місцевого опору.

Природно припустити, що чим складнішим є місцевий опір, тим більш значні деформації потоку виникають в ньому та тим більші будуть викликані ним втрати напору. Тому і величина коефіцієнта місцевого опору буде більша.

Теоретично обчислити величину коефіцієнта місцевого опору звичайно не вдається, тому для кожного виду місцевого опору коефіцієнт визначається дослідним шляхом та наводиться в гідравлічних довідниках.

Дослідним шляхом встановлено, що величина коефіцієнта даного місцевого опору залежить тільки від його конструкції та практично не залежить від його геометричних розмірів.

Метою роботи є визначення дослідним шляхом за допомогою експериментальної установки числового значення коефіцієнта місцевого опору.

Обладнання

Експериментальна установка для визначення коефіцієнтів місцевих опорів (рис. 6.1) являє собою горизонтальну ділянку трубопроводу з розташованими на ній різними гідравлічними пристроями, які викликають місцеві втрати енергії в потоці. До і після кожного місцевого опору встановлено п’єзометри, за різницею показів яких визначається втрата напору в даному місцевому опорі. Для зміни витрати рідини у трубопроводі встановлено регулювальний вентиль. Вимірювання витрати рідини здійснюється за допомогою мірного бака з рівнеміром та секундоміра. Слід звернути увагу на те, що трубопровід зроблений з окремих ділянок різного діаметра.

Рисунок 6.1 - Лабораторне обладнання для визначення коефіцієнтів місцевих опорів: 1 – вентиль регулювальний, 2 – засувка, 3 – лічильник крильчастий, 4 – вентиль, 5 – клапан зворотний, 6 – п’єзометр, 7 – мірний бак, 8 – рівнемір

Хід виконання роботи

1. При постійній витраті рідини у трубопроводі виміряти та занести до таблиці 6.1 такі дані:

- діаметр трубопроводу ;

- час піднімання рівня води у мірному баці на висоту 5 см;

- покази всіх п’єзометрів до та після місцевих опорів з точністю до 1 мм;

- занести до таблиці значення постійних величин установки.

2. За виміряними даними обчислити такі параметри та занести до таблиці 6.1:

- площу поперечного перерізу трубопроводів ,

де - діаметр трубопроводу;

- об’єм води у мірному баці

де - діаметр бака;

- висота піднімання води у баці;

- витрату води в установці ;

- середню швидкість потоку з точністю до 1 см/с до та після опорів ;

- швидкісний напір у перерізах до та після опорів ;

- повний напір у перерізах до та після опорів ;

-втрату напору у місцевому опорі ,

де - повний напір у перерізі до даного опору;

- повний напір у перерізі після даного опору.

- коефіцієнти місцевих опорів з точністю до 1,0 (за швидкісним напором опору).

Таблиця 6.1 – Таблиця результатів

Найменування	Позначення	Розмірність	Вид місцевого опору
Засувка	Водомір	Вентиль	Клапан зворотний
Діаметр трубопроводу		см
м
Діаметр трубопроводу після опору		см
м

Продовження таблиці 6.1

Найменування	Позначення	Розмірність	Вид місцевого опору
Засувка	Водомір	Вентиль	Клапан зворотний
Площа поперечного перерізу після опору		см2
м2
Діаметр мірного бака		см
м
Висота піднімання рівня води у мірному баці		см
м
Час піднімання рівня води у мірному баці		c
Об’єм води у мірному баці		см3
м3
Витрата води		см3/с
м3/с
Середня швидкість води до опору		см/с
м/с
Середня швидкість води після опору		см/с
м/с
Швидкісний напір до опору		см
м
Швидкісний напір після опору		см
м
Покази п’єзометрів до опору		см
м
Покази п’єзометрів після опору		см
м
Повний напір до опору		см
м
Повний напір після опору		см
м
Втрата напору в місцевому опорі		см
м
Коефіцієнт місцевого опору		–

Контрольні запитання

1. Які види втрат напору виникають в трубопроводах?

2. Запишіть формулу Вейсбаха для місцевих втрат напору.

3. Поясніть фізику явища виникнення втрат енергії в місцевих опорах.

4. У чому різниця між фізичними явищами, які викликають втрати енергії по довжині потоку та втрати енергії на місцевих опорах?

5. Яка розмірність коефіцієнта місцевого опору?

6. Яка розмірність втрат напору?

7. Чи залежить (та поясніть в якій мірі) величина місцевих втрат у вентилі від ступеня перекриття потоку?

8. Чи залежить місцевий опір від режиму руху рідини?

9. Чи залежить коефіцієнт місцевого опору дифузора від кута розкриття?

ЛІТЕРАТУРА

1. Альтшуль А. Д. Гидравлика и аэродинамика (Основи механики жидкости). Учебное пособие для вузов. / Альтшуль А. Д., Кисилев П. Г. – М.: Стройиздат. 1975. - 323 с.

2. Мандрус В. І. Машинобудівна гідравліка. Задачі та приклади розрахунків: Навч. посібник для студ. автомобільних і машинобудівних спец. вузів. / Мандрус В. І., Лещій Н. П., Звягін В. М. – Львів: Світ, 1995. – 263 с.

3. Срібнюк С. М. Гідравлічні та аеродинамічні машини. Основи теорії і застосування: Навчальний посібник. / Срібнюк С. М. – Київ: Центр навчальної літератури, 2004. – 328 с.

4. Коц. І. В. Методичні вказівки до виконання курсових та контрольних робіт з дисципліни "Технічна механіка рідин та газів" для студентів напряму підготовки 0921 - "Будівництво" всіх форм навчання. / Коц. І. В., Вовк Т. Ю., Ніколайчук І. І. – Вінниця: ВНТУ, 2007. – 61с.

5. Лісіцин Є. Ф. Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з дисципліни "Технічна механіка рідин та газів" для студентів заочної форми навчання спецiальностi "Теплопостачання i вентиляція" / Лісіцин Є. Ф., Шаманський С. Й. – Вінниця: ВНТУ, 2007. – 66 с.

6. Лісіцин Є. Ф. Технічна механіка рідин та газів. Лабораторний практикум. / Лісіцин Є. Ф., Слободян Н. М. – Вінниця: ВДТУ, 2000. – 69 с.

7. Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация / Калицун В. И., Кедров В. С., Ласков Ю. М. – М.: Стройиздат, 1980. – 359 с.

Додаток А

Допустимі відхилення показів манометрів від істинних

значень виміряного тиску Δ, кГ/см²

Межа вимірювань, кг/см2	Клас точності
0,16	0,25	0,4		1,54	2,5
0,6	0,00096	0,0015	0,0024	0,006	0,009	0,015	0,024
	0,0016	0,0025	0,004	1,010	0,015	0,025	0,04
1,6	0,00256	0,004	0,0064	0,016	0,024	0,04	0,06
2,5	0,004	0,006	0,010	0,025	0,038	0,06	0,1
	0,0064	0,010	0,016	0,040	0,060	0,1	0,16
	0,0096	0,015	0,024	0,06	0,09	0,15	0,24
	0,016	0,025	0,040	0,1	0,15	0,25	0,4
	0,0256	0,040	0,064	0,16	0,24	0,4	0,64
	0,040	0,0625	0,100	0,25	0,375	0,625
	0,064	0,100	0,160	0,4	0,6		1,6
	0,096	0,150	0,240	0,6	0,9	1,5	2,4
	0,160	0,250	0,400		1,5	2,5
	0,256	0,400	0,640	1,6	2,4		6,4
	0,400	0,625	1,000	2,5	3,75	6,25
	0,480	0,750	1,200		4,5	7,5
	0,640	1,000	1,600
	0,960	1,500	2,400
	1,600	2,500	4,000
	2,560	4,000	6,400

Пружинні манометричні прилади в корпусах діаметром 100 та 160 мм

Прилади	Тип	Верхня межа вимірювання тиску, кГ/см2	Клас точності
вакуум-метричного	надлишкового
Манометр	ОБМ1-160 ОБМ1-160б	–	1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100	1,5
ОБМГн1-100 ОБМГн1-100б	–	100; 160; 250	2,5
ОБМГн1-160 ОБМГн1-160б	–	160; 250; 400; 600	1,5
ОБМГв1-160 ОБМГв1-160б	–	1000; 1600	1,5
Мановакуумметр	ОБМВ1-100 ОБМВ1-100б		0,6; 1,5; 3; 5; 9; 15; 24	2,5
ОБМВ1-160 ОБМВ1-160б		0,6; 1,5; 3; 5; 9; 15; 24	1,5
Вакуумметр	ОБВ1-100 ОБВ1-100б		–	2,5
ОБВ1-160 ОБВ1-160б		–	1,5
Манометр	ГМ-160 ГМОШ-160	–	160; 250; 400; 600	1,5
МОШ1-160	–	1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100	1,5
МГНОШ1-160	–	60; 250; 400; 600	1,5
Мановакуумметр	МВОШ1-100 МВОШ1-160		0,6; 1,5; 3,5; 9; 15; 24	2,5 1,5
Вакуумметр	ВОШ1-100 ВОШ-160		–	2,5 1,5

Додаток Б

Значення кінематичної в’язкості рідин при t = 20 ⁰С

	номер	Рідина	ρ, кг/м3	ν·10-6, м2/с
		Анілін		4,3
		Ацетон		0,4
		Бензол		0,736
		Вода прісна		1,012
		Стічні води		1,10-1,16
		Ефір		0,363
		Мастило касторове
		Мастило мінеральне		30-750
		Нафта		25-140
		Ртуть		0,11
		Спирт		1,52
		Молоко		1,74
		Газ		2,5
		Бензин		0,83-0,93
		Мазут		2200-2500
	Патока
	Гліцерин
	Мастило машинне		40-140

Додаток В

Значення приведеної лінійної шорсткості ε.

Характеристика русла	ε, мм
Виключно гладенькі поверхні (емальовані, глазуровані та т. п.)	0 (до 0,02)
Чиста цементна штукатурка	0,04 (0,02–0,06)
Металеві лотки гладенькі	0,1 (0,02–1)
Дерев’яні лотки, бетонування	0,3 (0,03–1,5)
Цегляна кладка	0,5 (0,08–1,25)
Тесаний камінь	0,5 (0,12–1,25)

Додаток Г

Орієнтовні значення деяких коефіцієнтів місцевих опорів

Назва місцевого опору	xм
Вхід в трубу:
- з гострою кромкою	0,5
- із закругленою кромкою	0,25
Вихід із труби:
- різкий поворот на 90°	1,5
- плавний поворот на 90°	0,15-0,35
- поворот на будь-який кут	0,3-9
Патрубки	0,2-0,3
Трійники	0,2-0,5
Дифузор	0,2-0,6
Конфузор	0,3-0,6
Відводи	1-1,5
Фільтри	8-12
Всмоктувальні клапани	6-8
Засувка	0,5-1,5
Вентилі	3-3,5
Сітки з квадратними чарунками	1-2
Клапани зворотні
Шибер	0,2-0,6

Навчальне видання

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Технічна механіка рідин та газів” для студентів напряму підготовки 6.060101 – “Будівництво” всіх форм навчання.

Укладачі: Іван Васильович Коц

Олена Петрівна Колісник

Катерина Володимирівна Бауман