Експериментальна аерогідродинаміка та гідравліка
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?лавного закруглення при a=90 відома емпірична формула
,
де R - радіус закруглення, r - радіус труби.
Для різних співвідношень r/R значення xзак наведені в табл.3.
Рис.14. Плавне закруглення
Таблиця 3
r/R0,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0xзак0,130,140,160,210,290,440,860,981,411,98
Даними табл.3 можна користуватися й при інших значеннях куnів повороту (a90), якщо xзак помножити на величину співвідношення a/90.
При визначенні коефіцієнта xзак слід мати на увазі, що на практиці застосовують часто муфтові закруглення, які разом з трубою утворюють складний місцевий опір, для якого коефіцієнт xзак значно більший, ніж наведені табличні дані.
За даними Франкеля, для водопровідних труб d=26 мм xзак=2,842,76 при Re=193000246000 і xзак=0,918 при Re=34000100000.
1.6 Методика експериментального визначення коефіцієнтів місцевих опорів
При експериментальному дослідженні коефіцієнтів місцевих опорів потрібно мати на увазі можливість різних умов розміщення опорів у трубі, бо вони впливають на величину втрат напору. Загальна схема експериментальної установки для визначення опору зображена на рис.15.
Рис.15. Схема експериментальної установки для дослідження місцевих опорів
Розглянемо той випадок, коли діаметр труби до і після місцевого опору однаковий.
Від системи живлення 1,2 установки вода підводиться по трубі до експериментальної ділянки 0-II, яка складається з прямого трубопроводу 0-I і трубопроводу I-II з місцевим опором. Довжини й діаметри обох трубопроводів однакові, дорівнюють відповідно l1+l2 та d.
Довжини l1 і l2 слід вибирати таким чином, щоб досліджуваний місцевий опір не міг впливати на розподіл швидкостей в перерізах І і ІІ.
Після експериментальної ділянки вода поступає в прилад 3 для вимірювання секундних витрат у трубі, на якій встановлено кран 5. Температуру води вимірюємо за допомогою термометра 4. Втрати напору визначаємо за показами пєзометрів, які встановлено в перерізах 0, І та ІІ. При цьому різниця Dн1, яка визначається положенням води в пєзометрах 0 і І, дорівнює нт - величині втрат напору на тертя на ділянці прямої труби довжиною l1+l2, а різниця Dн2, яка визначає положення рівнів води в пєзометрах І і ІІ, дорівнює сумарним втратам напору на ділянці І-ІІ:
,
де нм - втрати напору на місцевому опорі. Звідси одержимо
.
Коефіцієнт місцевого опору визначається з такого співвідношення:
,
де V - середня швидкість у трубопроводі, яку визначають коли відомі втрати Q та площа поперечного перерізу труби, за формулою
.
Таким чином, визначення втрат напору на тертя на ділянці труби 0-І необхідне для того, щоб виключити втрати на тертя на ділянці І-ІІ та одержати "чисті" втрати на місцевому опорі.
Інколи при виконанні навчальних лабораторних робіт для спрощення досліду нехтують втратами напору на тертя як незначними в порівнянні з нм.
1.6.1 Лабораторна работа. Визначення коефіцієнта місцевого опору
Мета роботи:
1. Практично ознайомитися з методикою експериментального визначення коефіцієнтів місцевих опорів.
2. Експериментально визначити коефіцієнти гідравлічних втрат:
при раптовому розширенні - xр. р;
при раптовому звуженні - xр. з;
на шайбі - xш;
у крані - xкр.
3. Побудувати графіки залежностей
xр. р=f1 (Re), xр. з =f2 (Re), xш =f3 (Re), xкр =f4 (Re).
4. Порівняти результати досліду з відповідними даними гідравлічних довідників для заданих видів місцевих опорів.
ОПИС УСТАНОВКИ. Схема гідравлічної установки для визначення коефіцієнтів місцевих опорів зображена на рис.3.
Місцеві опори, які будуть досліджуватись, змонтовані на трубопроводі в такій послідовності (уздовж потоку):
1) шайба;
2) кран;
3) ділянка прямої труби;
4) раптове розширення;
5) раптове звуження.
Пєзометри 9 і 10 встановлені на ділянці прямої труби; пєзометри 8 і 9 - до і після крана; пєзометри 10 і 11 - до і після раптового звуження труби, а пєзометри 11 і 12 відповідно - до і після раптового звуження труби; пєзометри 1 і 2 - до і після шайби.
Швидкість води в трубі визначаємо за графіком, одержаним у лабораторній роботі 2.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДУ
Послідовність підготовки установки до роботи така ж, як і в попередніх лабораторних роботах.
1. Для порівняно невеликих витрат Q при усталеному русі води занести до протоколу досліду покази: пєзометрів 1, 2, 8, 9, 10, 11, 12, а також значення Dнp=н7-н8.
2. Цю ж роботу виконати для інших пяти - шести режимів усталеного руху води.
ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДУ
1. Визначити швидкість води за графіком лабораторної роботи 2:
2. Визначити результати досліду для всіх місцевих опорів, враховуючи нижчевикладені зауваження: А. Кран. Застосовуючи рівняння Бернуллі для перерізів 9-10 і 8-9 одержимо
; .
Оскільки довжина та діаметри ділянок 9-10 і 8-9 однакові, то і втрати напору на тертя будуть однаковими, тобто
.
Тоді
; .
Зважаючи на те, що , a ,
можемо записати остаточно
,
де V - середня швидкість води в трубі, яка визначається за формулою або за графіком V=f (Dнp); н8, н9, н10 - покази пєзометрів 8, 9,10.
Б. Шайба. При визначенні місцевих втрат опору на шайбі нехтуємо втратами напору на тертя на прямих ділянках труби між перерізами 1 і 2.
Тоді, застосовуючи рівняння Бернуллі для перерізів 1-2, одержимо
<