ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ МІСЦЕВИХ ОПОРІВ

Мета роботи: вивчити особливості гідравлічних опорів руху рідини та аналітичні залежності для визначення коефіцієнтів місцевих гідравлічних опорів; експериментально дослідити відповідність дослідних коефіцієнтів місцевих опорів їх довідниковим значенням.

Короткі теоретичні відомості

У лабораторній роботі №4 вказувалося, що втрати енергії на ділянці між двома перетинами можуть бути визначені з рівняння Бернуллі:

(5.1)

Доданок містить втрати енергії по довжині потоку (шляхові втрати) і втрати енергії на місцевих опорах.

Місцевими називаються опори руху, що виникають у потоках рідини на ділянках різкої зміни конфігурації потоку. Під час проходження рідини через місцеві опори енергія рідини витрачається на зміну напрямку руху, перерозподіл швидкостей, вихороутворення, зриви потоку і та інше.

Втрати енергії в місцевих опорах прийнято виражати в частках швидкісного напору (питомої кінетичної енергії), тобто:

(5.2)

де - коефіцієнт місцевого опору, що виражає відношення втраченої в місцевому опорі питомої енергії до питомої кінетичної енергії:

(5.3)

Течія рідини через місцеві опори являє собою складне явище і у більшості випадків не піддається математичному опису. Тому часто коефіцієнт визначається дослідним шляхом. Для цього знаходять втрати енергії в місцевому опорі, а потім за формулою (5.3) - коефіцієнт У випадку раптового розширення потоку втрати енергії можуть бути визначені за формулою Борда, виведеною теоретично з деякими припущеннями:

(5.4)

де - відповідно швидкості руху рідини до розширення і після нього.

Опис дослідної установки

Схема дослідної установки для визначення коефіцієнтів місцевих опорів зображена на рисунку 5.1.

Основні елементи установки: пристрій для живлення водою 1 експериментальна ділянка трубопроводу 2, пристрій для вимірювання витрат.

Експериментальна ділянка трубопроводу складається з різних місцевих опорів: поворот потоку 5, поступового розширення трубопроводу (дифузора), поступового звуження трубопроводу (конфузора), раптового розширення 6 і раптового звуження 7 потоку, вентиля 8. Місцеві опори сполучені послідовно трубами постійного поперечного перетину. Для вимірювання перепаду тиску на кожному місцевому опорі встановлено два п'єзометри 4, перед опором і після нього. Витрата води регулюється за допомогою вентилів 3 і 9, встановлених на початку і в кінці експериментальної ділянки трубопроводу.

Порядок виконання роботи

1. Відкрити вентилі 3 і 9, встановивши в системі довільну витрату води, промити трубопроводи і трубки п'єзометрів для звільнення системи від повітря. Після промивання системи встановити бажаний робочий режим.

2. Виміряти витрату рідини.

3. Виміряти рівні рідини в п'єзометрах.

4. Розрахувати швидкості руху рідини на ділянках трубопроводу. Визначити втрати напору в місцевих опорах.

5. Визначити коефіцієнти місцевих опорів і порівняти їх з довідниковими даними.

6. Результати вимірювань і обчислень занести до таблиці 5.1.

Рисунок 5.1 - Схема дослідної установки

Таблиця 5.1 – Результати вимірювання та розрахунків

Форма звіту

1. Назва лабораторної роботи.

2. Мета роботи.

3. Короткий опис причин та особливостей місцевих втрат енергії руху рідини.

4. Опис будови та принципу дії дослідної установки.

5. Методика проведення досліду.

6. Необхідні розрахунки та відображення результатів виконання дослідної роботи.

7. Висновок з виконаної роботи.

Контрольні питання

1. Чим викликані місцеві втрати енергії?

2. Як визначаються місцеві втрати експериментально?

3. Як визначаються місцеві втрати аналітично?

4. Природа місцевих втрат енергії.

5. Що таке коефіцієнт місцевих втрат енергії і як він визначається?

6. Як визначити втрати енергії при раптовому розширенні потоку аналітично?

7. Рівняння Бернуллі і його фізичне значення.

Лабораторна робота №6