Гидравлика (стр. 17 )

Ввиду того, что водоотводные трубы чаще всего работают в переходной области, гидравлический коэффициент трения рекомендуется определять по формуле Н. Федорова

, (18.5)

где – эквивалентная шероховатость;

d2 – безразмерный коэффициент, учитывающий характер шероховатости;

. (18.6)

Величина параметров и d2 устанавливается по справочной литературе в зависимости от материала труб. Для стальных труб имеем = 0,8 мм, d2 = 79.

Кинематический коэффициент вязкости принимается по справочной литературе в зависимости от температуры Т и количества взвешенного вещества в транспортируемой жидкости.

Задачи исследования:

1) определить величины гидравлических коэффициентов трения опытным путем (оп) при трех различных скоростях безнапорного потока;

2) вычислить коэффициенты для условий опытов по рекомендуемым выше формулам (т);

3) сопоставить полученные результаты (вычислить ).

Лабораторная установка. Установка (рис.24) состоит из стального самотечного трубопровода 1, напорного резервуара 2 с постоянно поддерживаемым уровнем и задвижки 3. В точке С трубопровода установлен пьезометр 4, позволяющий определить глубину наполнения трубопровода h.

Проведение опытов. В работе выполняются три опыта, различающихся между собой величиной расхода, определяемого объемным способом. Величина расхода регулируется задвижкой 3. После стабилизации уровня в пьезометре 4 снимается его показание h и замеряется температура воды Т.

Рис. 24. Схема опытной установки.

Результаты измерений и вычислений заносятся в табл. 18.1 журнала лабораторных работ.

Т а б л и ц а 18.1. Результаты измерений и обработки опытных данных

№ п. п.	Наименование	Единица измерения	Номера опытов
1	2	3
1	Диаметр трубы d	см
2	Глубина потока в трубе h	см
3	Уклон дна трубы i	–
4	Объем воды в мерном баке W	см3
5	Время наполнения мерного бака t	с
6	Расход Q	см3/с
7	Площадь сечения потока	см2
8	Гидравлический радиус R	см
9	Температура воды Т	˚С
10	Кинематический коэффициент вязкости	см2/с
11	Число Рейнольдса Re	–
12	Гидравлический коэффициент трения: опытный вычисленный	– –
13	Относительная разность …	%

Обработка результатов.

1. Определяется величина расхода Q в трубопроводе.

2. Вычисляются площадь и гидравлический радиус R сечения потока, а затем приведенный гидравлический радиус Rпр (18.1), скорость потока v и число Рейнольдса Re (18.6).

3. Вычисляются опытное значение гидравлического коэффициента трения по формуле (18.4), расчетное т по (18.5), сопоставляются полученные результаты (вычисляется ).

Контрольные вопросы

1. Чем отличается безнапорное движение в трубопроводе от напорного?

2. Как определить гидравлический коэффициент трения безнапорного потока опытным путем?

3. Как влияет на величину гидравлического коэффициента трения количество взвешенного вещества ?

Работа 19. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

шероховатости русла

Равномерное движение жидкости в открытом русле имеет место при соблюдении следующего условия:

i = iп = I, (19.1)

где i – уклон дна канала;

iп – уклон свободной поверхности потока;

I – гидравлический уклон.

Это условие выполняется при постоянных: расходе Q, площади живого сечения , шероховатости n смоченной поверхности русла по длине, а также при отсутствии местных сопротивлений.

Средняя скорость v в сечении при равномерном движении жидкости в открытом русле определяется по формуле Шези

(19.2)

а расход – по формуле

(19.3)

где С – коэффициент Шези;

R – гидравлический радиус R =;

– смоченный периметр.

Для квадратичной области сопротивления коэффициент Шези может определяться по формулам:

, (19.4)

где n – коэффициент шероховатости;

у – показатель степени, определяемый по зависимости

; (19.5)

. (19.6)

Область сопротивления выясняется сравнением числа Рейнольдса в потоке с Reкв, определяемым по формулам:

(19.7)

, (19.8)

где – кинематический коэффициент вязкости воды (табл. 1 приложения);

– высота выступов шероховатости, принимаемая по справочной литературе в зависимости от материала русла.

При ReRReKB область сопротивления в потоке будет квадратичная. Если шероховатость смоченного периметра русла неоднородна, то рекомендует определять эквивалентный коэффициент шероховатости по формуле

(19.9)

где – часть смоченного периметра с постоянной шероховатостью ni;

– полный смоченный периметр.

Задачи исследования:

1) освоить методику опытного определения эквивалентного коэффициента шероховатости;

2) построить графики связи nэ = f (h0) по опытным и справочным данным;

3) сопоставить величины эквивалентного коэффициента шероховатости по опытным и справочным данным в зависимости от глубины потока и дать заключение о практическом применении справочных данных.

Лабораторная установка. Работа выполняется в гидравлическом лотке с переменным уклоном (рис. 25), состоящим из головной части 1 и непосредственно лотка 2. Вода в лоток подается по трубопроводу 3, а расход ее регулируется задвижкой 4 и определяется прямоугольным мерным водосливом 5, который предварительно протарирован и для него построен график связи Q = f(M ). Отметка уровня воды на водосливе 5 замеряется шпицмасштабом 6. Уклон дна лотка изменяется с помощью подъемного устройства 7 и определяется по мерной шкале 8. Глубина потока в лотке регулируется концевым затвором 9.