Область гидравлически шероховатых труб

(квадратичная область гидравлического сопротивления)

При развитом турбулентном течении жидкости ламинарная плёнка практически исчезает, выступы шероховатости целиком находятся в турбулентном ядре потока

.

Обтекание выступов происходит с интенсивными отрывами вихрей, которые попадают в центральный поток жидкости и усиливают его турбулентность (рис. 3). Влияние сил вязкости очень мало, коэффициент сопротивления трения зависит только от относительной шероховатости , а потери напора в этой зоне точно пропорциональны квадрату скорости.

Значения коэффициента Дарси в квадратичной области находятся по формуле

Шифринсона

.

Положение переходной области устанавливается неравенством

.

Рис. 3. Структура потока в квадратичной области

гидравлического сопротивления

Формулы для определения коэффициента для разных областей сведены в

таблицу 1.

Зависимость Табл. 1

Ламинарный режим	Неопределенное движение   движение	Турбулентный режим
	Область гидравлически гладких труб	Переходная область	Область гидравлически шероховатых труб
Формула Пуазейля	Формула Блазиуса	Формула Альтшуля	Формула Шифринсона
0 2320 4000 20 500 Re

Для стальных труб кривые зависимости во всех областях гидравлического сопротивления по данным инженера Мурина (ВТИ) приведены на рис. 4 [2].

Рис. 4. Зависимость для стальных труб

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
УЧЕБНОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Устройство установки.

Установка состоит из 3-х труб 1, 2 и 3 (рис. 5) разного диаметра, к которым присоединены пьезометры П1н, П2н, П3н в начале труб и пьезометры П1к, П2к, П3к в конце труб, приемный бачок Б1 с мерным отсеком. В трубе 1 установлена нормальная диафрагма ДФ1, перепад давления на которой измеряется пьезометрами П4 и П5.

Верхние концы пьезометров П1н, П1к, П2н, П2к, П3н, П3к присоединены к воздушному коллектору 8, который через вентиль ВН6 может соединяться с атмосферой, а верхние концы пьезометров П4 и П5 присоединены к воздушному коллектору 9, который через вентиль ВН7 может соединяться с атмосферой.

Трубы одним концом присоединены через коллектор и вентили ВН4 и ВН9 к напорному баку Б2 системы оборотного водоснабжения лаборатории. Другие концы труб присоединены через вентили ВН1, ВН2, ВН3 к коллектору с трубой 4, заканчивающейся поворотным патрубком ПТ1.

Приемный бачек Б1 разделен на два отсека: проточный, который соединен напрямую со сливным баком Б3 системы оборотного водоснабжения, и мерный объемом 9,8 л, который соединён со сливным баком Б3 системы оборотного водоснабжения лаборатории через вентиль ВН5.

Вентилями ВН4 и ВН1 (ВН2, ВН3) можно регулировать расход воды в трубе 1 (2, 3).

Диаметры и длины исследуемых участков труб приведены в таблице 2.

Таблица 2. Геометрические размеры исследуемых труб и диафрагмы.

№ трубы	Диаметр, мм	Длина, мм	Диаметр отверстия диафрагмы, мм
			диафрагмы нет
			диафрагмы нет

3.2. Принцип действия установки.

К установке вода подводится по трубопроводу от напорного бака Б2 системы оборотного водоснабжения лаборатории. В нем с помощью насоса Н1 и автоматики или переливной трубы 12 поддерживается неизменный уровень воды, и, таким образом, при любом открытии вентилей ВН4 и ВН1, ВН2, ВН3, обеспечивается постоянный расход потока в исследуемых трубах.

Вода из системы оборотного водоснабжения лаборатории поступает в трубы 1, 2, 3 через вентиль ВН9 системы оборотного водоснабжения лаборатории, входной вентиль ВН4 учебной установки и течет через трубу, у которой открыт выходной вентиль (у двух других труб выходные вентили должны быть в это время закрыты), в трубу 4 коллектора.

Направляя струю воды с помощью поворотного патрубка ПТ1 в проточный отсек бачка Б1, можно отрегулировать вентилями ВН4 и ВН1 (ВН2 или ВН3) нужный расход воды через трубу 1 (2 или 3 соответственно).

Пьезометры П1н (П2н или П3н) измеряют пьезометрические напоры в начале труб, а пьезометры П1к (П2к или П3к) – в конце труб. Воздушный коллектор 8, соединяющий верхние концы пьезометров П1н, П1к, П2н, П2к, П3н, П3к, позволяет уменьшить габариты учебной установки, т.к. измерение пьезометрического давления производится при повышенном внешнем (атмосферном) давлении. Вентиль ВН6 предназначен для регулирования положения пьезометрической линии путём выпуска воздуха из воздушного коллектора 8.

Внимание! Пользуясь вентилем ВН6, не допускайте попадания воды из пьезометров в воздушный коллектор 8.Для удобства снятия показаний, пьезометры начала и конца каждой трубы конструктивно расположены рядом.

При работе с трубой 1, можно одновременно проводить замеры перепада давления на нормальной диафрагме ДФ1 по пьезометрам П4 и П5. Воздушный коллектор 9, соединяющий верхние концы пьезометров П4 и П5, позволяет уменьшить габариты учебной установки, т.к. измерение пьезометрического давления производится при повышенном внешнем (атмосферном) давлении. Вентиль ВН7 предназначен для регулирования положения пьезометрической линии путём выпуска воздуха из воздушного коллектора 9.

Рис. 5. Схема гидравлическая принципиальная учебной установки

«Гидродинамика ГД – 04М»

Внимание! Пользуясь вентилем ВН7, не допускайте попадания воды из пьезометров в воздушный коллектор 9.

Расход воды измеряется объёмным способом с использованием мерного отсека бачка Б1 и секундомера. Для этого необходимо закрыть вентиль ВН5, с помощью поворотного патрубка ПТ1 направить воду в мерный отсек бачка Б1 и одновременно включить секундомер. Секундомер выключается в момент переполнения мерного отсека бачка Б1.

Температура воды измеряется термометром Т1 во входном коллекторе труб.

Измерения можно повторить для других расходов воды в данной трубе и в других трубах.