Учебное пособие: Експериментальна аерогідродинаміка та гідравліка
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДУ
1. За допомогою кранів ІІ і ІІІ установити стаціонарний рух води в трубі, після цього відкрити кран VІ і спостерігати за рухом чорнила в трубі І.
Необхідно замалювати структуру потоку, заміряти витрати води за допомогою мірного бачка тричі. Усі дані занести до протоколу.
2. Повільно відкриваючи кран ІІ, за допомогою крана ІІІ встановити в напірному баці новий (вищий) рівень води, зафіксувати момент переходу від ламінарного режиму до турбулентного й знову тричі виміряти секундні витрати води.
3. Відкрити кран ІІ і, домігшись усталеного руху води, повторити весь обсяг робіт для турбулентного режиму.
4. Повільно перекриваючи кран ІІ і підтримуючи за допомогою крана ІІІ постійний рівень у баці, зафіксувати у картинці руху струминки чорнила момент переходу від турбулентного режиму до ламінарного і знову тричі заміряти витрати.
5. Виміряти температуру води.
ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДУ
1. Визначити секундні витрати води для кожного з режимів руху води (див. лабораторні роботи 1,2).
2. Обчислити величину середніх швидкостей
,
де Fт - площа поперечного перерізу скляної труби.
3. Обчислити коефіцієнт кінематичної в’язкості води за формулою
, см2 /с.
4. Для кожного режиму руху визначити число
.
5. Побудувати графік залежності V=f (Re).
Протокол досліду
| Режим руху | i | № вимiру | Wji , см3 | ?ji , с | Qji , см3 /с | Qcp. i , см3 /с | Vi , см/с |
n, см2 /с | Re |
| I | 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| II | 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| III | 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| IV | 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 | |||||||||
| V | 1 | ||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 |
1.4 Дослідження гідравлічного опору труб
Дослідження гідравлічного опору прямого трубопроводу з постійним круговим перерізом. Реальна рідина, яка тече в трубі або якомусь іншому каналі, зазнає опору своєму рухові, тобто при русі від одного перерізу до іншого втрачається якась частка механічної енергії потоку. Якщо рідина рухається в прямій трубі з постійним поперечним перерізом, то енергія витрачається на подолання сили тертя. Втрата напору на сили тертя формально може бути визначена за рівнянням Бернуллі, яке потрібно застосовувати для двох поперечних перерізів труби, що знаходяться на відстані l:
.
При горизонтальному положенні труби (рис.8) z1 =z2 , а якщо труба має постійний поперечний переріз, то для усталеного руху і V1 =V2 . Тоді втрати напору знаходять за формулою
,
де 
і 
- п’єзометричні напори в початковому (1) і кінцевому (2) перерізах труби.
На практиці для обчислення втрат напору на тертя користуються формулою Дарсі-Вейсбаха
,
де l - довжина труби від перерізу 1 до перерізу 2; d - внутрішній діаметр труби; l - коефіцієнт гідравлічного опору;V - середня швидкість рідини в трубі. Із формули Дарсі-Вейсбаха видно, що втрати напору пропорціональні квадрату швидкості, тому цей закон прийнято називати законом квадратичного опору. Експериментальні дослідження показують, що на величину втрат напору суттєво впливають режим руху, матеріал та стан стінок труби, форма поперечного перерізу тощо. Окрім того, дослідами також встановлено, що втрати напору не завжди пропорціональні квадрату швидкості. Так, при ламінарному русі нl ~ V1 , при турбулентному русі з малими числами Re нl ~ V (1,75 ¸ 2) і тільки при великих числах Re нl ~ V2 .