Определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений.

Лабораторная работа.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ.

1. Цель работы:

- Изучение видов и причин потерь энергии в местных гидравлических сопротивлениях;

- Изучение методики экспериментального определения коэффициентов местных гидравлических сопротивлений;

- Экспериментальное определение коэффициента местного гидравлического сопротивления гидродросселя (ДР1).

2. Основные теоретические положения.

В реальных потоках жидкости присутствуют силы вязкого трения. В результате слои жидкости трутся друг об друга в процессе движения. На это трение затрачивается часть энергии потока, по этой причине в процессе движения неизбежны потери энергии. Эта энергия, как и при любом трении, преобразуется в тепловую энергию. Из-за этих потерь энергия потока жидкости по длине потока, и в его направлении постоянно уменьшается, то есть напор потока H в направлении движения потока становится меньше. Если рассмотреть два соседних сечения потока 1-1 и 2-2, то потери гидродинамического напора h составят:

,

где H_1-1 - напор в первом сечении потока жидкости,

H_2-2 - напор во втором сечении потока,

h - потерянный напор - энергия, потерянная каждой единицей веса движущейся жидкости на преодоление сопротивлений на пути потока от сечения 1-1 до сечения 2-2.

С учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть

. (1)

Индексами 1 и 2 обозначены характеристики потока в сечениях 1-1 и 2-2.

Если учесть, что характеристики потока – средняя скорость течения u и коэффициент Кориолиса a зависят от геометрии потока, которая для напорных потоков определяется геометрией трубопровода, понятно, что потери энергии (напора) в разных трубопроводах будут изменяться неодинаково.

Выделяют два вида потерь напора – потери на трение по длине трубопровода и местные потери.

Местные потери напора.

Местные гидравлические сопротивления – это короткие участки трубопроводов или каналов, в которых вследствие изменения размеров или конфигурации русла происходит изменение скорости потока, отрыв потока от стенок русла и возникновение вихреобразований. Это приводит к появлению потерь напора, называемых, соответственно, местными.

В общем случае местные потери определяются по формуле Вейсбаха:

, (2)

где u - средняя скорость потока, x - коэффициент потерь.

Ввиду сложности структуры потока в местных сопротивлениях определить коэффициент потерь x теоретически можно только в отдельных простейших случаях. В большинстве случаев на практике коэффициенты x определяются экспериментально.

В турбулентных потоках при достаточно больших числах Re влияние последних на коэффициенты x _. незначительно, поэтому значения их считают зависящими только от вида и конструктивного выполнения местного сопротивления.

При ламинарном режиме течения закон сопротивления является более сложным. Потерю напора следует рассматривать как сумму:

,

где h_тр – потеря, обусловленная действием сил внутреннего трения в местном сопротивлении и пропорциональная вязкости жидкости и скорости в первой степени, h_вихр. – потеря, связанная с отрывом потока и вихреобразованием в местном сопротивлении и непосредственно за ним и пропорциональная скорости во 2-й степени.

Коэффициент x в случае ламинарного течения:

,

где А и В – безразмерные постоянные, зависящие от вида местного сопротивления.

Гидродроссель — это регулирующий гидроаппарат неклапанного действия, представляющий специальное местное гидравлическое сопротивление, предназначенное для снижения давления (энергии) в потоке рабочей жидкости, проходящей через него.

Дроссели делятся на два типа - линейные и нелинейные.

В линейных дросселях, или дросселях вязкостного сопротивления, потери давления определяются в основном потерями на трение по длине канала. В дросселях такого типа устанавливается ламинарный режим течения рабочей жидкости и перепад давления практически прямо пропорционален скорости течения в первой степени.

Основным недостатком линейных дросселей, ограничивающим сферу их применения, является нестабильность характеристики дросселя при изменении температуры рабочей жидкости, обусловленная зависимостью вязкости рабочей жидкости от температуры.

В нелинейных дросселях потери давления связаны в основном с отрывом потока и вихреобразованием. Частным случаем нелинейного дросселя является квадратичный дроссель, потери давления в котором прямо пропорциональны квадрату скорости (расхода). Потери на трение в квадратичных дросселях практически отсутствуют, благодаря чему расход через дроссель не зависят от вязкости жидкости, и, следовательно, характеристика дросселя остается стабильной в широком диапазоне эксплуатационных температур. Это преимущество квадратичных дросселей определило их широкое использование в гидравлических системах.

3. Описание лабораторной установки.

Гидравлическая принципиальная схема стенда приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема гидравлическая принципиальная стенда

В состав стенда входят гидробак Б, шестеренный насос Н, фильтр Ф, предохранительный клапан КП, регулятор расхода РР, два гидрораспределителя Р1 и Р2, пружинный аккумулятор А, два гидродросселя ДР1 и ДР2, трубопроводы. Привод насоса осуществляется от электродвигателя. Информационно-измерительная система стенда включает 6 манометров (МН1 – МН6, манометр МН5 – электроконтактный с двумя управляемыми контактами), расходомер скоростного типа РА, термометр Т и электронный секундомер.

Управление гидрораспределителями осуществляется тумблерами Р1 и Р2.

При установке тумблера в положение “РУЧН.” электронный секундомер используется для определения времени прохождения через расходомер РА заданного объема жидкости (с тем, чтобы в дальнейшем определять расход жидкости в трубопроводе).

Питание секундомера включается тумблером “Вкл.”, начало отсчета времени – тумблером “Счет.”, сброс показаний электронного табло – кнопкой “Сброс”. При нажатии кнопки “Сброс” секундомер не должен производить отсчет времени, то есть тумблер “Счет” необходимо переключить в нижнее положение.

Исследуемым в данной работе участком является участок bc, на котором установлен гидродроссель ДР1.

4. Порядок выполнения:

4.1. Включить питание стенда;

4.2. Включить питание электродвигателя;

4.3. Включить тумблер Р1 в положение “Вкл.”.

4.4. Дать возможность установке поработать в течение 5 – 6 минут.

4.5. При различных значениях расхода зарегистрировать по манометрам МН2 и МН3 давления P_b и P_c, а также время прохождения через расходомер заданного объема рабочей жидкости и температуру жидкости. Результаты измерений занести в таблицу в протоколе испытаний.

4.6. После выполнения всех опытов отключить питание электронного секундомера, электродвигателя и стенда.

5. Обработка результатов измерений:

5.1. Для каждого отсчёта с помощью уравнения Бернулли (1) вычислить значение местной потери напора h_м.

5.2. Рассчитать для каждого опыта значения скорости течения и числа Рейнольдса:

, (3)

, (4)

где S – площадь поперечного сечения трубопровода.

. (5),

где d – внутренний диаметр трубопровода, n - коэффициент кинематической вязкости жидкости, который находится в зависимости от температуры по таблице 1.

Таблица 1. Коэффициент кинематической вязкости масла при различных температурах

t °C
ν, м^2/с	400·10^-6	250·10^-6	160·10^-6	120·10^-6	90·10^-6	70·10^-6

5.3. С помощью формулы Вейсбаха (2), зная величину потерь напора h_м, выразить для каждого опыта коэффициент местного сопртивления x.

5.5. Результаты расчётов занести в таблицу 2.

5.5. Построить график зависимости .

5.6. Рассчитать погрешности измерений, результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

№	u, м/с	Du, м/с	Re	x	Dx

6. Содержание отчёта.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

- краткие теоретические положения;

- схему экспериментальной установки;

- протокол испытаний;

- обработку результатов опыта;

- график зависимости ;

- анализ полученных результатов.

Протокол испытаний

Лабораторная работа № Определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений.

Группа:

Дата испытаний:

Исполнители:

Исходные данные:

Внутренний диаметр трубопроводов d = м

Плотность масла r = кг/м³

Результаты испытаний:

№	V, м^3	t, с	T, ^0С	Pb, МПа	Pc, МПа

Подпись исполнителей

Подпись преподавателя

Дата добавления: 2015-08-27