Практическая работа №4 "Определение числа Рейнольдса, расчет потерь напора по длине трубопровода" по гидравлике

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №4

по дисциплине «Гидравлика»

Тема 4.1 «Режимы движения жидкости»

Практическая работа №4

Тема: «Определение числа Рейнольдса, расчет потери напора в трубопроводах по длине»

Цель: Приобретение практических навыков решения задач на определение числа Рейнольдса, расчет потери напора в трубопроводах по длине.

Литература: В.Г. Ерохин, М.Г. Маханько «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники», М.: «Энергия», 1979, стр. 18-26

Задачи составлены на основе задач 1-44,1-57, 1-58

1. Общие сведения

Гидравлические потери существенным образом зависят от того, как организовано движение жидкости в потоке, т.е. от режима движения жидкости.

Из физики известно, что существует два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Эти термины в науку ввел Д.И. Менделеев.

Слово «ламинарный» - от латинского «ламина», что означает «слой», т.е. ламинарный режим это слоистое течение без перемешивания частиц и пульсации скорости.

Слово «турбулентный» - от латинского «турбулус», означает беспорядочный, хаотичный, т.е. турбулентный режим движения жидкости сопровождается интенсивным перемешиванием жидкости, пульсациями скоростей и давлений.

Более полно режимы движения жидкости исследованы английским физиком Осборном Рейнольдсом.

Визуальное наблюдение за режимами движения жидкости и их количественная оценка были выполнены на установке (рис.1), представляющей собой резервуар 1, из которого жидкость по прозрачной трубе 2 с краном может вытекать в мерное устройство 3. над резервуаром помещен сосуд 4 с подкрашенной жидкостью, для подачи последней по капилляру в прозрачную трубу.

Рисунок 1

Рейнольдс установил факторы, влияющие на режим движения жидкости: скорость, диаметр трубки, плотность и вязкость жидкости, на основании чего ему удалось определить критерий (критерий Рейнольдса), по которому можно судить о режиме движения жидкости:

или (1)

Рисунок 2

Возьмем ось чисел Рейнольдса (рис. 2) и повторим его опыты сначала в сторону увеличения этих чисел, одновременно визуально наблюдая за режимами движения жидкости. При достижении так называемого верхнего критического числа Re_кр^в режим ламинарный прейдет в турбулентный. В зависимости от условий эксперимента это число может лежать в довольно больших пределах: от 4·10³ до (40…50)·10³. После этого числа режим становится турбулентным устойчивым.

Затем повторим опыт в сторону уменьшения чисел Рейнольдса. В этом случае турбулентный режим перейдет в ламинарный при достижении так называемого нижнего критического числа Re_кр^н. Оно окажется равным 2320. Ниже этого числа режим всегда будет ламинарный устойчивый. Нижнее критическое число принимают вообще за критическое число. в гидравлических расчетах при получении Re 2320 - турбулентным.

Физический смысл этого критерия заключается в том, что он показывает отношение сил инерции к силам трения. Число Рейнольдса может быть подсчитано для потоков любого геометрического сечения, в том числе для круглого по гидравлическому радиусу, или по другому характерному размеру, например, по зазору в сопрягаемых деталях.

1. Задание:

1. Изучите установку для проведения опыта по определению режима движения жидкости.

2. Используя изученные формулы, решите следующие задачи:

1. Для целей горячего водоснабжения к потребителям подается вода в количестве V = (200 + вариант) м³/ч при температуре t = (70 + вариант)⁰С. Длина трубопровода l = (1000 + вариант) м, внутренний диаметр d_в = (259 + вариант) мм, давление воды в начале линии p₁= 5 кгс/см². Отметка оси трубопровода в конечной точке на 2 м выше начальной. Определить полный напор и давление в начале и конце трубопровода, если шероховатость труб k = 5*10^-4 м, а потеря напора в местных сопротивлениях равна 10% линейных потерь.

2. По трубопроводу с внутренним диаметром dв= (150 + вариант) мм протекает пар с давлением p_абс= (100 + вариант) кгс/см² и температурой t= (150 + вариант)⁰С. Скорость пара v = (40 – вариант) м/с. Определить часовой расход пара и критерий Рейнольдса.

3. Определить потерю напора в прямом трубопроводе длиной l =1000 м, по которому прокачивается нефтепродукт с плотностью ρ = (900 + вариант) кг/м³ в количестве V = (31,4 + вариант) л/с. Внутренний диаметр трубопровода dв = (200 + вариант) мм, коэффициент гидравлического сопротивления λ =0,04.

1. Пример решения задачи: Для целей горячего водоснабжения к потребителям подается вода в количестве V = 200 м³/ч при температуре t = 70 ⁰С. Длина трубопровода l = 1000 м, внутренний диаметр d_в = 259 мм, давление воды в начале линии p₁= 5 кгс/см². Отметка оси трубопровода в конечной точке на 2 м выше начальной. Определить полный напор и давление в начале и конце трубопровода, если шероховатость труб k = 5*10^-4 м, а потеря напора в местных сопротивлениях равна 10% линейных потерь.

1. Контрольные вопросы

1) От чего зависят гидравлические потери?

2) Какой режим называют турбулентным?

3) Какой режим называют ламинарным?

4) Что является критерием для определения режима движения жидкости?

5) Значение критического числа Рейнольдса.

Вывод: В ходе выполнения практической работы мы изучили …., приобрели практические навыки определения ….

Приложения

5