Режимы движения рабочей жидкости в трубопроводах

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Режимы движения рабочей жидкости в трубопроводах

1. Цель работы

Установить опытным путём режим движения жидкости в трубопроводе.

Определить характер зависимости потерь напора по длине трубы от режима движения.

2. Основные теоретические положения

Движение жидкостей в трубопроводах и каналах сопровождается потерями напора на преодоление сопротивлений. Величина этих потерь зависит, при прочих равных условиях, от режима движения жидкости. Различают два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

Ламинарным называется режим, при котором все частицы жидкости в потоке перемещаются слоями, не перемешиваясь между собой. Траектории соседних частиц мало отличаются друг от друга, пульсации скорости частиц отсутствуют

Турбулентным называется режим, при котором частицы жидкости совершают неупорядоченные движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями. Скорость движения частиц нарушается, появляется пульсация скорости.

Турбулентное течение является наиболее распространённой формой течения, наблюдающейся в природе (в атмосфере, в морских течениях, в движениях межзвёздного вещества) и в технике (течение в трубах, в каналах, в теплообменных аппаратах, гидравлических машинах и т.д.).

Турбулентное течение наступает в результате потери устойчивости ламинарного течения. При этом отношение инерционных сил, действующих на частицы жидкости, к силам вязкости превосходит некоторый предел. Это отношение характеризуется безразмерной величиной - числом Рейнольдса:

Re = ^ (1)

где^ р - плотность жидкости, кг/м ; ^

w -- средняя скорость течения, м/с; L - линейный размер, м;

fi - коэффициент динамической вязкости жидкости, кг/мс.

При движении жидкости в круглой трубе в качестве линейного размера используют диаметр трубы d. Вместо коэффициента динамической вязкости fi часто пользуются

коэффициентом кинематической вязкости жидкости:

V = - м>/с (2)

Тогда выражение для числа (критерия) Рейнольдса примет вид:

Р

Re = ---

ц (3),

Турбулентное движение в трубах наступает по экспериментальным данным при Re -2300. При меньших значениях Re случайные возмущения в жидкости затухают и движение продолжает оставаться ламинарным. Другим условием ламинарного движения является длина начального (входного) участка трубопровода. Она должна быть достаточной для того, чтобы всякого рода возмущения частиц, неизбежно образующиеся при входе, могли бы исчезнуть и само движение частиц могло бы стать упорядоченным. Считается, что длина L этого входного участка, необходимого для существования ламинарного движения, должна удовлетворять следующему равенству:

L > 0.05 Red (4)

Развитое турбулентное движение в трубах устанавливается при Re > 10 ООО. Режим движения жидкости при 2300 < Re < 10 000 называют переходным.

При ламинарном движении жидкости в трубах малого диаметра величина скорости частиц от оси к стенке убывает строго по параболическому закону; при этом максимальная скорость частиц на оси трубы вдвое больше средней скорости, определяемой путём деления секундного расхода на площадь поперечного сечения. При турбулентном движении распределение осреднённой во времени скорости по сечению трубы отступает от параболического закона и характеризуется быстрым нарастанием скоростей у стенок и малой кривизной профиля скорости в центральной части трубы (рис.1).

Рис 1. Распределение скоростей по сечению трубы: а -- при ламинарном движении; б - при турбулентном движении.

Потери напора по длине трубы при ламинарном движении пропорциональны первой степени скорости жидкости:

h_w = kjw (5)

При развитом турбулентном режиме движения потери напора пропорциональны квадрату скорости жидкости:

h_w = k₂w² (6)

В переходной области (от пропорциональной до квадратичной) потери напора определяются формулой: потеря напор длина труба

h_w = k₃w^m (7)

где показатель степени принимает значения m = 1,75 ч- 2,0.

В формулах (5) - (7): kj - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров трубы и свойств жидкости.

3. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис. 2. Рабочая жидкость (вода) из ёмкости 1 насосом 3 подаётся через регулирующий клапан 5 в исследуемую систему 8, состоящую из двух параллельных трубопроводов одинакового диаметра. Один из этих трубопроводов может быть отключён от работы при помощи заглушки 9. Потери напора жидкости на исследуемых трубопроводах определяются с помощью манометра 7.

Рис. 2. Схема лабораторной установки.

Определение расхода жидкости производится с помощью счетчика литров 6. Вращение насоса осуществляется двигателем постоянного тока 10. Постоянное напряжение на двигатель поступает от блока управления 11. Питание на блок управления подаётся магнитным пускателем 12 от сети переменного тока 220 В. Вакууметр 2 и манометр 4 служат для определения перепада давления на насосе и в данной работе не используются. Кран 16 служит для наполнения ёмкости 1 водой из бака 15.

4. Проведение опыта

Установить заглушку 9 на один из параллельных трубопроводов 8.

Заполнить ёмкость 1 водой из напорного резервуара 15 путём открытия » крана 16.

Подать питание на блок управления 11, нажав кнопку «Пуск» магнитного пускателя 12.

Пустить насос, установив регулятором на блоке управления напряжение на электродвигателе примерно 120 В.

Изменяя клапаном 5 давление перед трубами 8 от 0 до 1,5 кг/см , определить расход жидкости по счётчику литров 6 и секундомеру (не менее 10 отсчётов). Величину давления дР (которое в данном случае выражает потери напора на преодоление сопротивления трубопроводов 8) контролировать по манометру 7.

Остановить насос, уменьшив напряжение на электродвигателе до 0. Снять заглушку 9 с трубопровода.

Провести опыт согласно пунктам 4.4., 4.5. с двумя трубопроводами.

Остановить насос, снять питание с блока управления, нажав на кнопку «Стоп» на магнитном пускателе 12.

5. Обработка результатов опытов

5.1. Для каждого отсчёта, зная расход Q м³/с, вычислить скорость движения воды:

F м/с (8)

где F - суммарная площадь проходного сечения трубопроводов, м².

5.2. По формуле (3) для каждой скорости подсчитать число Рейнольдса Re и определить режим движения жидкости. Коэффициент v для формулы (3) выбрать из таблицы 1 в зависимости от температуры.

Таблица 1. Коэффициент кинематической вязкости воды при различных температурах

Зная режим движения жидкости, из формул (5) или (6) найти для каждого отсчёта коэффициенты kj, а по ним - среднее значение коэффициента кс_Р для одной трубы и для двух труб. у

Результаты вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

5.5. Построить характеристики трубопроводов aPi = f(Qi) и дР₂ = f(Cb).

6. Содержание отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

краткие теоретические положения;

схему экспериментальной установки;

протокол испытаний;

обработку результатов опыта;

характеристики трубопроводов;

анализ полученных результатов.

Протокол испытаний

Лабораторная работа №

Режимы движения рабочей жидкости в трубопроводах.

Группа:

Дата испытаний: Исполнители:

Исходные данные:

Внутренний диаметр трубопроводов d = м

Температура жидкости t = °С

Коэффициент кинематической v = м²/сек

вязкости жидкости

Результаты испытаний:

Размещено на Allbest.ru