ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ
Методические указания к лабораторной работе по курсу
«Процессы и аппараты химической технологии» для студентов всех форм обучения специальностей 240403, 240304 и по курсу «Техническая термодинамика и энерготехнология» для специальности 200503.
Магнитогорск
Составитель В. В. Вейнский, А.В.Горохов
Определение гидравлических сопротивлений в трубопроводах: Методические указания к лабораторной работе по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» для студентов всех форм обучения спец. 240403 и 240304 и по курсу «Техническая термодинамика и энерготехнология» для спец. 200503. Магнитогорск: МГТУ, 2008. 8 с.
© Вейнский В. В.,
Горохов А.В.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.Определение коэффициента трения на прямых участках.
2.Определение коэффициентов местных сопротивлений.
3.Определение суммарных потерь напора жидкости.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Установка для определения коэффициентов гидравлического сопротивления (рисунок 1) состоит из напорной ёмкости 1 и системы трубопроводов, моделирующих гидравлические сопротивления: сопротивления на прямом участке резинового шланга (2), внезапное расширение (3) и внезапное сужение потока (4), разделение потока в двухходовой гребёнке (5) и соединение потоков (6), плавного поворота на 1800 (7) и сопротивления на прямом участке стеклянной трубки (8), соединённые последовательно. Вода в напорную ёмкость подаётся из водопровода 11. После прохождения системы гидравлических сопротивлений она удаляется через регулируемый зажим 9 в фекальный сток 10.
Для прямого определения статического давления в различных точках системы гидравлических сопротивлений в этих точках установлены пьезометры (12).
Рисунок 1 -Установка для определения коэффициентов гидравлического сопротивления
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Перед определением коэффициентов сопротивления необходимо:
1.1. Проверить систему соединений участков, моделирующих систему гидравлических сопротивлений, установку пьезометров, вход и выход воды;
1.2. Заполнить напорную ёмкость 1 водой до уровня любой из трёх меток (по указанию преподавателя);
1.3. Удалить воздух из системы;
1.4. Закрыть зажим 9 и убедиться, что уровень жидкости во всех пьезометрах одинаковый.
2. Для снятия показаний при движении жидкости через систему открыть зажим 9 и установить минимальный расход воды (на 1 см ниже, чем при нулевом расходе по первому пье зометру). Следить за тем, чтобы уровень жидкости в напорном баке 1 всегда был постоянным.
3. Произвести запись статического давления во всех точках установки пьезометров с точностью до миллиметра (при колебании уровня жидкости в пьезометрах определяются средние данные).
4. С помощью литровой мензурки замерить время набора жидкости и найти расход Q, м3/с. Не производить замер времени и показаний пьезометров одновременно, т.к. при этом искажаются показания замеров пьезометров.
5. Результаты замера записать в таблицу.
Таблица – Протокол испытаний
| Показания пьезометров, м | t, с | |||||||||
| П1 | П2 | П3 | П4 | П5 | П6 | П7 | П8 | П9 | П10 | |
6. После окончания работы на первом режиме перейти на другой режим (на 2 - 3 см ниже по первому пьезометру). Общее количество режимов должно быть 10, причём последний при полностью открытом зажиме 9.
7. Записать температуру воды.
8. После окончания испытания на всех режимах и согласования результатов замеров с преподавателем слить воду из напорной ёмкости 1.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
При принудительном прохождении жидкости через систему гидравлических сопротивлений необходимо определить коэффициенты трения λ для прямых участков резинового шланга (2) и стеклянной трубки (8). Используя табличные значения коэффициентов местных сопротивлений ξ, определить падение напора на местных сопротивлениях: внезапное расширение (3) и внезапное сужение потока (4), разделение потока в двухходовой гребёнке (5) и соединение потоков (6), плавного поворота на 1800 (7).
1.Определить скорость движения воды в трубопроводе W по формуле
W = 4*W/(π*d2) (1)
где d – внутренний диаметр трубопровода, м (d = 12,7*10-3 м).
2.По перепаду показаний пьезометров П1 и П2 Δh12 определить коэффициент сопротивления трения λ1 для резинового шланга (при всех режимах)
Δh12 = λ*(l /d)*(W2/2*g) (2)
откуда λ = Δh12 *d*2*g/(l*W2) (3)
где Δh12 – перепад статического давления, м;
λ – коэффициент сопротивления трения (безразмерный);
g – ускорение свободного падения, м/с2;
l – длина участка трубки, м.
3.Определить перепад между пьезометрами П2 и П3 при внезапном расширении и вычислить коэффициент местного сопротивления ξ1 из формулы
Δh23 = ξ *(W2/2*g) (4)
Сравнить полученный коэффициент местного сопротивления с табличным значением [7.4] с. 520 – 522.
4.Рассчитать теоретический отрицательный перепады давления на участке П2 – П3 и сравнить с наблюдаемым Δh23:
Δhтеор = (W12 – W22)/(2*g) (5)
где W1 и W2 – скорости движения жидкости в трубопроводах диаметром 12,7*10-3 м и 32,7*10-3 м соответственно, м/с.
5.По перепаду между П3 и П4 при внезапном сужении вычислить коэффициент местного сопротивления ξ2 из формулы аналогичной формуле (4).
6. По перепаду между П4 и П5 при разделении потоков вычислить коэффициент местного сопротивления ξ3 из формулы аналогичной формуле (4).
7. По перепаду между П5 и П7 при схождении потоков вычислить коэффициент местного сопротивления ξ4 из формулы аналогичной формуле (4).
8. По перепаду между П7 и П8 при повороте на 1800 вычислить коэффициент местного сопротивления ξ5 из формулы аналогичной формуле (4).
9.По перепаду показаний пьезометров П9 и П10 Δh910 определить коэффициент сопротивления трения λ2 для стеклянной трубки (при всех режимах) по формуле аналогичной формуле (3).
10.Для участков П1 – П2 (резиновая трубка) и П9 – П10 (стеклянная трубка) рассчитать относительную шероховатость ε на максимальном режиме по уравнению
1/√ λ = - 2*lg[ε/3,7 + (6,81/Re)0,9], (6)
где ε = l/d
l – средняя высота выступов, м;
d – внутренний диаметр трубы, м;
Re = W*d*ρ/μ;
ρ – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м3;
μ – динамическая вязкость жидкости при рабочей температуре, Па*с.
11. Для резинового шланга и стеклянной трубки построить полулогарифмический график зависимости коэффициента трения λ от критерия Re и степени шероховатости ε при различных скоростях движения воды.
12. Определить потерю напора между пьезометрами П1 – П10 (действительная потеря напора) и по вычисленным коэффициентам гидравлического сопротивления трения λ1 и λ2, а также вычисленным коэффициентам местных сопротивлений ξ1 – ξ5 рассчитать теоретическую потерю напора. Сравнить эти потери напора при различных режимах.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
5.1.Описание установки и порядок проведения опытов.
5.2.Протокол испытаний в форме таблицы.
5.3.Расчет коэффициентов гидравлического сопротивления трения λ1 и λ2, а также коэффициентов местных сопротивлений ξ1 – ξ5 .
5.4.Выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
6.1.Чем вызвана потеря напора при движении реальной жидкости?
6.2.Что такое местные сопротивления?
6.3.Что собой представляют гидравлические сопротивления трению на линейных участках?
6.4.Как рассчитать коэффициенты местных сопротивлений и коэффициент гидравлического сопротивления трению на линейных участках?
6.5.Чем выражаются абсолютная и относительная шероховатость?
6.6.Как зависит коэффициент гидравлического сопротивления трению на линейных участках от критерия Re и относительной шероховатости поверхности трубопровода?
6.7.Почему при изучении гидравлических сопротивлений мы пользуемся только показаниями пьезометров?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
7.1.Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Учебник [В 2 кн./В.Г.Айнштейн, М.К.Захаров, Г.А.Носов и др.] Под ред. В.Г.Айнштейна -М., Логос, 2003.
7.2 Касаткин Л.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Логос, 2005, 752 с.: ил.
7.3. Вейнский В.В. Процессы и аппараты химической технологии.: Учебное пособие./В.В.Вейнский, А.В.Горохов; МГТУ. – Магнитогорск: МГТУ, 2005. 176 с.: ил.
7.4 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л., Химия, 1987, 575 с.
