Экспериментальное определение зависимости коэффициента гидравлического трения от критерия рейнольдса
Лабораторная работа № 4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТРЕНИЯ ОТ КРИТЕРИЯ РЕЙНОЛЬДСА
Цель работы: установить экспериментальным путём зависимость коэффициента гидравлического трения от критерия Рейнольдса. Изучить способы определения коэффициента гидравлического трения и методики экспериментального определения коэффициента гидравлического трения.
Сведения из теории
При движении потока между жидкостью и стенками, ограничиваю-щими поток, возникают силы сопротивления. Кроме того, вследствие вяз-кости жидкости между её отдельными слоями возникают силы сцепления, которые также затормаживают движения потока. Скорость движения частиц жидкости уменьшается по мере удаления от оси потока к стенкам трубы, лотка и т.д. Равнодействующая сил сопротивления параллельна оси потока и направлена в сторону, противоположную направлению движения.
Для преодоления сил гидравлического трения и сохранения поступа-тельного движения жидкости необходимо приложить силу, направленную
в сторону движения и равную силам сопротивления. Работу этой силы по-терями напора по длине потока (путевые потери напора) и обозначают через hтр.
Для потока реальной жидкости, скорость движения которого вдоль потока не изменяется ни по величине, ни по направлению, Бернулли имеет вид:
(4.1)
где Z – высота положения над плоскостью сравнения;
hp – пьезометрическая высота;
n – средняя скорость потока;
a – коэффициент Кориолиса.
Индексы 1 и 2 означают, что соответствующая величина относится к
сечениям потока 1 и 2. Величина hТР представляет собой потери энергии на трение между двумя сечениями потока.
Вторым основным уравнением гидродинамики является уравнение неразрывности (сплошности) потока жидкости:
Уравнение неразрывности потока отражает закон сохранения массы:
n1w1 = n2w2 . (4.2)
количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей.
Для решения гидравлических задач, кроме двух основных уравнений гидродинамики: уравнения сохранения энергии (уравнения Бернулли), увязывающего средние скорости и давления, и уравнение неразрывности потока (сохранения массы) составлены уравнения потерь напора, дающие зависимость потерь напора от скорости потока (формула Дарси):
(4.3)
Получение коэффициента гидравлического трения и зависимости его от числа Рейнольдса и является содержанием данной работы.
Экспериментальная установка представлена на схеме эксперимен-тальной установки. Она состоит из двух горизонтально расположенных пластиковых трубопроводов 1, на каждой из которых установлено по два пьезометра 2 и 3. Участки труб между пьезометрами являются экспери-ментальными участками.
Диаметры труб равны 14 и 20 мм, а длины экспериментальных уча-стков – соответственно 1700 и 2000 мм. Расход воды измеряется при по-мощи ротаметра 4. Устройство, принцип действия и правила использования ротаметра приведены в приложении Б. Для изменения расхода воды перед ротаметра установлен регулировочный вентиль 5. Подключение той или иной трубы к водопроводной сети осуществляется при помощи венти-ля 6. Необходимый для проведения опытов напор создаётся при открывании вентиля 7.
Схема экспериментальной установки:
1 – участок трубопровода; 2, 3 – пьезометры, 4 – ротаметр; 5, 6, 7 – вентили
Экспериментальная часть