KIAP wyznaczanie wspołczynnika oporów przepływu(1), studia

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Katedra Inżynierii i Aparatury ProcesowejH01Opory przepływu w prostych przewodach rurowych1. WprowadzenieKryterium podobieństwa dynamicznego przepływu płynu w rurze prostoosiowej o stałymprzekroju jest bezwymiarowa liczba Reynoldsa:Re�½ud�½ud(1)gdzie:u- średnia prędkość przepływu [m/s]d- średnica przewodu [m]η- dynamiczny współczynnik lepkości [Ns/m2]- kinematyczny współczynnik lepkości [m2/s]Zależnie od charakteru przepływu płynu wartość liczby Reynoldsa może wahać się odułamka jedności do setek milionów. Przepływ laminarny (uwarstwiony, Re<2100) możnawyobrazić sobie jako przesuwanie się warstewek płynu w kierunku przepływu. Ze względuna lepkość, cechę charakterystyczną płynów rzeczywistych, wzajemne oddziaływaniewarstewek powoduje przesuwanie się warstewek względem siebie. Oznacza to, że prędkośćich przesuwania się jest różna w przekroju rury. W rurze o przekroju kołowym maksymalnaprędkość przepływu występuje w osi i maleje parabolicznie aż do zera w kierunku jej ścianki.Wraz ze wzrostem wartości liczby Reynoldsa zmienia się rozkład prędkości w strumieniu. Wobszarze rozwiniętego ruchu turbulentnego środkowa część strumienia płynie z tą samąprędkością, a jej spadek w obszarze przyściennym ma związek z fizycznym oddziaływaniemchropowatości ścianki.Opór wewnętrzny prowadzi w konsekwencji do spadku ciśnienia w całym strumieniu.W praktyce inżynierskiej jego wartość wyznacza się z równania Darcy-Weisbacha:l u2p�½d2(2)1-3-gdzie:- współczynnik oporu przepływu- gęstość cieczy [kg/m3]Przy przepływie laminarnym wielkość straty ciśnieniapw prostym odcinku przewodumożna obliczyć z równania Poiseuille’a:32Lud2p�½(3)gdzie:L- długość przewodu [m]Oznacza to, że podczas przepływu cieczy przewodem o przekroju kołowym współczynnikoporów przepływumożna zapisać równaniem:�½64Re(4)Z równania (2) można również obliczyć opory przepływu występujące w przewodacho przekroju niekołowym. Zamiast średnicydnależy wtedy użyć hydraulicznej średnicyprzewodudh:dh�½4FO(5)gdzie:F- pole powierzchni poprzecznego przekroju strumienia,O- obwód zwilżony czyli długość ścianki kontaktującej się z płynem. Dlacałkowicie wypełnionego przekroju kołowegodh= dPodczas przepływu cieczy przewodem o przekroju niekołowym współczynnik oporówprzepływumożna zapisać równaniem:�½aRe(6)przy czym wartość współczynnikaadobiera się z tablic w zależności od kształtu przewodu.Doświadczalnie stwierdzono, że w warunkach przepływu turbulentnego najlepszą zgodność zwynikami pomiarów w zakresie 2300<Re< 107daje wzór Nikuradse:2�½0,00320,221Re0, 237(7)chociaż częściej stosowany jest, ważny w mniejszym zakresie liczby Reynoldsa (Re < 5·104),wzór Blasiusa:�½0,3164Re0, 25(8)Równania (7) i (8) dotyczą współczynnika oporu przepływu w rurach gładkich. Rurytechniczne często mają wewnętrzne ściany chropowate i w przypadku przepływuturbulentnego chropowatość ma wpływ na opory przepływu. Pomiary współczynnika oporuwykonane podczas przepływów turbulentnych wykazały, że:-przy małych prędkościach wartośćzależy tylko od liczbyRe,a nie zależy odchropowatościS/d,-przy większych prędkościachzależy zarówno od liczbyRe,jak i od chropowatościS/d,-powyżej pewnej wartości granicznej prędkości współczynnikzależy tylko odchropowatości rury, a nie zależy od liczby Reynoldsa.Rys. 1 Wykres Nikuradseλ= f(Re)3-3-Zjawisko to tłumaczy się obecnością laminarnej warstwy przyściennej „wygładzającej”wewnętrzne nierówności rury, po których przepływa burzliwe jądro strumienia. Ze wzrostemprędkości przepływu maleje grubość warstewki przyściennej. Dopóki grubość ta jest większaod chropowatości, dopóty rura określana jest mianem hydraulicznie gładkiej.Ogólny charakter zależności= f(Re, S/d)przedstawia wykres Nikuradse (Rys. 1). Wdwulogarytmicznym układzie współrzędnych prostej 1 odpowiada przepływ laminarnyλ=64/Re,a prostej 2 odpowiada równanie Blasiusa (8).42. Cel ćwiczenia1.Doświadczalne wyznaczenie przebiegu funkcji=f(Re),2.Wyznaczenie współczynników równania empirycznego opisującego zależność=f(Re)w obszarze przepływu laminarnego i burzliwego,3.Porównanie charakteru zależności= f(Re)otrzymanej doświadczalnie z danymiteoretycznymi.-9-3. Sposób wykonania ćwiczenia1.Zapoznanie się z budową stanowiska doświadczalnego (Rys. 2), pomiar temperaturywody w zbiorniku,2.Włączenie pompy (3) przełącznikiem umieszczonym na płycie stanowiska,3.Regulując zaworem z1(zawór z2powinien być w tym czasie zamknięty) należy ustalićpołożenie pływaka rotametru I (4) na poziomie działki „0” i odczytać różnicęmanometryczną odpowiadającą spadkowi ciśnienia Δpróżnicowego typu U-rurka (2)),4.Zwiększając stopień otwarcia zaworu z1należy ustawić pływak rotametru w kolejnym(wskazanie manometrupołożeniu, zgodnie z wymaganiami prowadzącego, i ponownie odczytać spadekciśnienia,5.Czynności opisane w punkcie 4 należy powtórzyć dla pełnego zakresu wskazańrotametru I,6.Po wyczerpaniu zakresu pomiarowego rotametru I należy zamknąć zawór z1i ostrożnieotworzyć zawór z2. Wszystkie czynności wykonane z wykorzystaniem rotametru Inależy powtórzyć z wykorzystaniem rotametru II,7.Zebrane wyniki zestawić w tabeli 1 wg wzoru.Uwaga: W trakcie trwania doświadczenia należy mierzyć temperaturę cieczyznajdującej się w zbiorniku.5 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • klobuckfatima.xlx.pl