Исследование характеристик трубопровода: определение потерь напора по длине, коэффициентов сопротивления и трения

Министерство образования и  науки РФ

ФГБОУ ВПО «Сибирский Государственый Технологический университет»

 

 

 

Факультет: Лесоинженерный

Кафедра: ИВР

 

 

 

 

Лабораторная работа №5

 

 

        Исследование характеристик трубопровода: определение потерь напора по длине, коэффициентов сопротивления и трения

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                                                                                                       

 

Студент группы 12-3

 

Бельш А.А.

 

Проверил:

 

Губин И.В.

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013

Цель работы: экспериментальное определение потерь напора по длине простого трубопровода, построение его напорной характеристики H_ПОТР = f(Q), получение экспериментального значения коэффициентов гидравлического сопротивления трубопровода ζ и гидравлического трения λ, сравнение полученных значений с расчетными значениями при ламинарном и турбулентном режимах движения.

 

Выполняется для трубопровода Т1 с  внутренним диаметром d_BH =15 мм и Т2 с внутренним диаметром d_BH = 10 мм.

 

 

Порядок выполнения работы:

 

1. Убедиться в том, что краны КР1 и задвижка З9 открыты, а кран КРЗ закрыт.

2. Полностью закрыть задвижки З1, З2, З5, З6 и кран КР2.
3. Задвижки З4, З7, З8, З9 полностью открыть.
4. Включить тумблер «питание системы управления».
5. Включить тумблер «насос Н2».
6. Наблюдать за повышением уровня жидкости в баке Б2, при заполнении трубопровода Т4 жидкостью плавно закрыть задвижку З4.
7. При достижении уровня жидкости в баке Б2 требуемого положения (ниже верхней крышки на 50 – 80 мм) закрыть задвижку З9.
8. Убедиться в отсутствии пузырьков воздуха в пьезометрах, при необходимости выгнать воздушные пузыри из пьезометров легкими щелчками по трубкам пьезометров.
9. Включить тумблер «насос H1».
10. Дождаться момента, когда уровень жидкости в пьезометрах установится.
11. Откручивая рукоятку задвижки З1 установить уровень жидкости в пьезометре № 1 (H_П1) в соответствие с таблицей 2.1.
12. Записать в таблицу 2.1 показания пьезометра № 2 для трубопровода Т1 (Н_П2).
13. Измерить расход жидкости через исследуемый элемент стенда и записать в таблицу 2.1.

Расход жидкости может  быть определен по показаниям расходомера  РМ2, в этом случае значение (л/с) сразу заносится в таблицу.

При определении расхода  объемным способом: закрыть кран КР4, измерить время Δt заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1, записать значения в соответствующую таблицу.

 

 

 

 

 

Таблица 2.1 – Результаты измерений и расчетов

№	V, л	Δt, с	Q, л/с	HП1, мм	HП2, мм	u, м/с	Re	,м	Δh12, мм	ζЭ	λЭ	λТ	λЛ
1	1	20,7	0,048	44,5	43,9	0,266	3990	0,0036	0,6	0,166	0,0025	0,04
2	1	15,4	0,065	40,9	39,8	0,361	5415	0,0066	1,1	0,166	0,0025	0,037
3	1	11,8	0,085	36	33,9	0,472	7080	0,0114	2,1	0,184	0,0033	0,035
4	1	10,5	0,095	32,2	29	0,527	7905	0,0142	3,2	0,225	0,0034	0,034
5	1	8,7	0,115	29,5	26,1	0,638	9570	0,0208	3,4	0,163	0,0024	0,033

 

14. Повторяя работы по пп. 11 – 13 выполнить замеры для всего интервала H_П1 из таблицы 2.1.
15. Закрыть задвижку З1.
16. Откручивая рукоятку задвижки З2 установить уровень жидкости в пьезометре № 3 (H_П3) в соответствие с таблицей 2.2.
17. Записать в таблицу 2.2 показания пьезометра № 4 для трубопровода Т2 (H_П4).
18. Измерить расход жидкости через исследуемый элемент стенда и записать в таблицу 2.2.
19. Повторяя работы по пп. 16 – 18 выполнить замеры для всего интервала H_П3 из таблицы 2.2.
20. Закрыть задвижку З2.
21. Выключить питание насосов. Открыть кран КР3.
22. Рассчитать величину подачи насоса по формуле Q_Н = V/Δt и записать значения в таблицы 2.1 и 2.2.

 

Таблица 2.2 – Результаты измерений  и расчетов

№	V, л	Δt, с	QН, л/с	HП3, мм	HП4, мм	u, м/с	Re	,м	Δh34, мм	ζЭ	λЭ	λТ	λЛ
1	0,5	21,6	0,023	47,9	46,2	0,293	2930	0,0044	1,7	0,386	0,0039	0,04
2	0,5	15,7	0,032	45,7	41,8	0,408	4080	0,0085	3,9	0,459	0,0046	0,04
3	0,5	9,6	0,052	40,8	33,3	0,662	6620	0,0224	7,5	0,335	0,0034	0,036
4	1	14,9	0,067	34,6	22,7	0,854	8540	0,0372	11,9	0,320	0,0032	0,034
5	1	12,3	0,081	28,5	11,5	1,032	10320	0,0543	17	0,313	0,0031	0,033

 

 

23. Рассчитать потери напора по длине трубопровода. Учитывая, что расход жидкости при каждом измерении постоянен (т. е. скоростной напор по длине трубопровода неизменен) потери полного напора можно определить по зависимости

 

,

следовательно

 

и

 

 

для всех значений подач.

Так как оси трубопроводов  расположены в горизонтальной плоскости, геометрические напоры для всех сечений равны, поэтому здесь и далее в записи уравнения Бернулли они не приводятся.

 

24. Рассчитать:

- среднюю скорость жидкости:

 

,

 

где Q_Н – подача насоса, м³/с;

ω – площадь сечения трубопровода, м² ( );

 

- величину скоростного  напора:

 

;

 

- критерий Рейнольдса:

 

,

 

где ν – кинематический коэффициент вязкости (для воды при температуре 20 °С можно принять ν = 1·10^-6 м²/с).

 

Определить режим движения жидкости в трубопроводе.

 

25. Из формулы Дарси-Вейсбаха ( ) выразить и найти экспериментальную величину коэффициента сопротивления трубопровода ζ_Э и коэффициент гидравлического трения λ_Э:

,

 

,

 

где L, d – соответственно, расстояние между сечениями и диаметр трубопровода.

 

26. Рассчитать теоретическую величину коэффициента гидравлического трения по формуле:

 

- в случае турбулентного режима (формула Альтшуля)

 

,

 

где Δ – эквивалентная шероховатость испытываемых труб (принять Δ = 0,01 мм);

 

- в случае ламинарного режима (формула Пуазейля)

 

.

 

27. Построить характеристики трубопроводов в координатах подача – потребный напор Н_ПОТР = Δh = f (Q). На рисунке 2.1 представлен пример экспериментальных характеристик трубопровода.

 

Рисунок 2.1 – Пример экспериментальных характеристик прямых трубопроводов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопросы к защите лабораторной работы:

 

1. Как определяется коэффициент гидравлического трения при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости?
2. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения в различных диапазонах изменения числа Рейнольдса?
3. Что характеризуют абсолютная и относительная шероховатость стенок труб?
4. Какие трубы называют гидравлически гладкими и шероховатыми?
5. Как распределяются скорости и касательные напряжения при движении жидкости в трубопроводе?
6. По какой формуле определяются потери полного напора по длине трубопровода?