Type de liquide

r,
cm

W,
cm 3

Δ T,
À

je,
cm

Δ W,
cm 3

β T ,
K-1

β T * ,
K-1

Alcool

MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION ET DES SCIENCES DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE Togliatti Université d'État

Institut de Génie Civil Département de l'Approvisionnement en Eau et de l'Assainissement

INSTRUCTIONS METHODOLOGIQUES

pour les travaux de laboratoire dans la discipline « HYDRAULIQUE »

pour conseiller pédagogique

Togliatti 2007

CDU 532,5 (533,6)

Lignes directrices pour les travaux de laboratoire dans la discipline « Hydraulique » pour les étudiants spécialités du bâtimentéducation à plein temps. / Comp. Kalinin A.V., Lushkin I.A. – Togliatti : TSU, 2006.

Les buts, les objectifs et le programme des travaux de laboratoire sont décrits, des instructions sont données pour la préparation des travaux et leur mise en œuvre.

Ill. 12. Tableau 8. Bibliographie : 5 titres.

Compilé par : Kalinin A.V., Lushkin I.A. Rédacteur scientifique : Vdovin Yu.I.

Approuvé par la section éditoriale et éditoriale du conseil méthodologique de l'institut.

© Université d'État de Togliatti, 2007

Instructions pour les travaux de laboratoire

La base du cours étudié est l'acquisition par les étudiants de compétences initiales en direction d'orchestre. travail de recherche, comprendre les résultats recherche en laboratoire, présentation et défense des résultats obtenus. Les travaux de laboratoire sont effectués dans les laboratoires de la Direction de l'Approvisionnement en Eau et de l'Assainissement. Pendant le travail, l'étudiant a la possibilité de voir et d'étudier les phénomènes se produisant dans le liquide, de faire des mesures grandeurs physiques, maîtrise la méthodologie de mise en place d'expérimentations, acquiert des compétences dans le traitement des données obtenues à la suite d'une expérimentation et dans la présentation des résultats de la recherche. Lors des travaux de laboratoire, l'étudiant doit apprendre à utiliser des instruments de mesure.

Avant d'effectuer des travaux de laboratoire, les connaissances de l'étudiant sur le matériel théorique sur le sujet sont contrôlées Recherche expérimentale. Le contrôle est effectué par un consultant académique sous forme de test. Un étudiant est autorisé à effectuer des travaux de laboratoire s'il répond correctement à 40 % des questions du test.

Dans les travaux de laboratoire n°4 et n°5, l'étudiant doit calculer les paramètres du modèle physique avant de réaliser une étude expérimentale. Les résultats des calculs sont présentés au consultant académique. Si l’étudiant n’a pas terminé le calcul, il n’est pas autorisé à participer à l’étude expérimentale.

Les résultats de l'étude expérimentale sont présentés sous forme de rapport. Le rapport contient : l'objet des travaux, le schéma d'installation, les formules de calcul de base, les tableaux de mesures et de calculs, les graphiques, les conclusions. Les résultats de l’étude, après examen par un conseiller pédagogique, sont utilisés dans la conception du pipeline court.

Description du support hydraulique universel GS - 3

Le support hydraulique universel (voir Fig. 1) est destiné aux travaux de laboratoire et de recherche dont le but est d'étudier les lois du mouvement des fluides. Le support hydraulique a été développé au Département de génie thermique et de moteurs thermiques de l'Université d'aérodynamique d'État de Samara.

Principaux éléments du support hydraulique :

dispositif de pression et de réception;

espace de travail;

pompe;

instruments de mesure.

Sur le support 4 se trouve un réservoir sous pression 2, en acier inoxydable en forme de sphère. Le réservoir sous pression comporte un tuyau de sortie 3 sur lequel est fixée par un joint la section de travail 15. L'autre extrémité de la section de travail est fixée dans le tuyau à l'aide d'un manchon en caoutchouc qui est poussé sur la section par le mécanisme 17.

L'eau pénètre dans la conduite de pression depuis la pompe 9 lorsque la vanne 8 est ouverte. Pendant l'expérience, la vanne d'alimentation 6 et la vanne de vidange 7 doivent être fermées. Le débit d'eau à travers la zone de travail est régulé par la vanne 18 à la sortie de la zone de travail et la vanne 8

Riz. 1. Schéma du support hydraulique

Le dispositif de réception est un réservoir 22 relié à la conduite de vidange 12. Un réservoir de mesure 20 est monté au-dessus du réservoir de réception sur la console 10 pour mesurer le débit d'eau. Un bac 11 est installé sur la console, utilisé pour collecter l'eau et l'évacuer dans un réservoir de mesure 20. Au fond du réservoir de mesure se trouve une vanne 21, commandée par un mécanisme à levier

Les instruments de mesure sont représentés par un bouclier piézométrique 13, sur lequel sont montés sept tubes de verre. L'excès de pression dans le réservoir sous pression est mesuré avec un manomètre standard 1. Lors de la mesure du débit d'eau, simultanément à la fermeture de la vanne sur le panneau de commande 5, un chronomètre électrique est allumé. Après avoir rempli un certain volume du réservoir de mesure avec de l'eau (3 litres), le contact du commutateur de niveau se ferme et le chronomètre électrique s'arrête simultanément.

Le support hydraulique fonctionne en circuit fermé avec pompage de l'eau du réservoir d'alimentation, la vidangeant dans le réservoir de réception et la fournissant sous pression au réservoir d'alimentation.

Travaux de laboratoire n°1 Détermination de la valeur du coefficient de viscosité de l'eau

1. Objet du travail : détermination expérimentale du coefficient de viscosité et de la densité de l'eau à une température donnée. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour calculer un pipeline court.

2. Programme de travail:

2.1. Déterminer la viscosité de l'eau à une température donnée à l'aide d'un viscosimètre Engle

2.2.Mesurez la densité du liquide avec un densimètre. 2.3. Établir la viscosité dynamique du liquide d'essai.

3. Description de l'installation du laboratoire et des instruments de mesure

Viscosimètre Engler(Fig. 2) est constitué d'un cylindre métallique 1 à fond sphérique percé d'un trou. Le trou est fermé avec la tige 2. Lors de l'étude de la dépendance du changement de viscosité du liquide à la température, le cylindre est placé dans un bain-marie 3 avec chauffage de l'eau réglable.

Fig 2. Viscosimètre Engler

Le principe de fonctionnement de l'hydromètre (voir Fig. 3) repose sur l'utilisation de la loi d'Archimède, selon laquelle la force d'Archimède agit verticalement vers le haut sur un corps placé dans un liquide. L'ampleur de cette force dépend de la densité du liquide. Plus la densité du liquide dans lequel le corps est placé est grande, plus grande sera la force d'Archimède qui poussera le corps hors du liquide. Il est possible d'appliquer sur le corps des marques en forme de flotteur, correspondant à différentes valeurs de densité, et en fonction de la visibilité d'un tel « flotteur » au-dessus de la surface du liquide, juger de la densité de ce liquide.

Riz. 3. Hydromètre

4. Bon de travail :

4.1. Versez ≈ 250 cm 3 du liquide à tester dans le cylindre 1 et placez un récipient doseur sous le trou.

4.2. A l'aide de la tige 2, ouvrez le trou du cylindre, tout en allumant simultanément le chronomètre.

4.3. Déterminer le temps τ 1 sortie d'un cylindre de 200 cm3 du liquide à tester à température ambiante. Nous répétons l'expérience au moins 3 fois.

4.4. Essuyez soigneusement le cylindre et versez-le dedans avec le trou du fond fermé ≈ 250 cm 3 liquide de référence (eau distillée).

4.6. Déterminer le délai d'expiration τ 2 fluide de référence.

4.7. Pour déterminer la densité ρ, versez le liquide étudié dans un grand verre gradué. Nous abaissons l'hydromètre dans le verre et utilisons l'échelle hydrométrique pour déterminer la densité du liquide.

4.8. Déterminer le délai d'expiration moyen τ 1sr et τ2sr

τ av = τ " + τ " + ... + τ n , n

où n est le nombre de mesures. 4.9. Calculer les diplômes d'Engler

°E = τ 1sr.

τ 2sr

4.10. Nous déterminons le coefficient de viscosité cinématique ν en utilisant la formule d'Ubelode

ν = (0,0732° Oe− 0,0631° Oe).

4.11. On trouve le coefficient de viscosité dynamique μ à l'aide de la formule

ν = μ ρ .

4.12. Les résultats des mesures et des calculs sont résumés dans le tableau 1 et sont utilisés lors du calcul d'un pipeline court

Tableau 1

5. Conclusions

Viscosité du liquide d'essai

Travail de laboratoire n°2 Etude des lois du mouvement des fluides

1. Objectif du travail : Confirmation expérimentale des conclusions tirées lors de l'étude du thème « Fondements de la dynamique et de la cinématique des fluides », acquisition de compétences dans la construction d'une conduite de pression et d'une conduite piézométrique d'une canalisation courte.

2. Programme de travail:

2.1. Déterminez la pression H en trois points sur l'axe du tuyau, trouvez la perte de charge. 2.2. Déterminez la vitesse d'écoulement sur l'axe du tuyau.

2.3. Dessinez des graphiques des changements de pression totale H et de pression hydrostatique H p le long de la longueur du tuyau.

3. Description de l'installation. Les travaux de laboratoire sont effectués dans les locaux du laboratoire d'hydraulique du Département de la Protection sociale et de la Violence. La section de travail du support hydraulique sur laquelle les travaux sont effectués est un tuyau métallique incliné de section variable (Fig. 4). Pour mesurer les pressions statiques et totales du fluide, des tubes piézométriques et de Pitot sont installés dans les sections 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 et 5-5. Le débit de fluide dans la canalisation est régulé par une vanne située à l'extrémité de la section de travail du stand.

Riz. 4. Schéma de la zone de travail du support hydraulique

4. Bon de travail :

4.1. Nous allumons l'installation.

4.2. Ouvrez la vanne à l'extrémité de la zone de travail du stand.

4.3. Nous mesurons la distance entre les sections de tuyaux l et l'ordonnée z dans chaque section.

4.3. Une fois les bulles d'air sorties des tubes, nous enregistrons les lectures du piézomètre

Et Tubes de Pitot dans toutes les sections.

4.4. Désactivez l'installation.

4.5. Détermination des pertes d'énergie entre les sections

h w 1− 2 = H 1 − H 2 , h w 2− 3 = H 2 − H 3 etc.,

où h w 1 − 2 – perte de pression entre les sections 1-1 et 2-2 ; h w 2 − 3 – perte de pression entre les sections 2-2 et 3-3 ; H 1 , H 2 , H 3 – Lectures du tube de Pitot dans les sections 1-1, 2-2 et 3-3.

4.6. Trouver la pression de vitesse mesurée dans chaque section

où H i représente les lectures du tube de Pitot dans la section correspondante ; H pi – lectures du tube piézométrique dans la section correspondante.

4.7. Déterminer la vitesse d'écoulement sur l'axe du tuyau

υ = 2 gh υ .

4.8. Les résultats de la recherche sont consignés dans le tableau 2. Tableau 2

Travaux de laboratoire sur l'hydraulique - section Education, Ministère Agriculture Fédération Russe...

Département de la gestion de l'environnement,

construction et hydraulique

OPD.F.03 Hydraulique

Opd.f.02.05 hydraulique

OPD.F.07.01 Hydraulique

OPD.F.08.03 HYDRAULIQUE

OPD.F.07 Hydraulique et machines hydrauliques

OPD.R.03 HYDROMÉCANIQUE APPLIQUÉE

OPD.F.08 DYNAMIQUE DES HYDROGAZ

Travaux de laboratoire sur l'hydraulique

Des lignes directrices

Travail de laboratoire n°1

MESURE DE L'HYDRAULIQUE DE BASE

CARACTÉRISTIQUES DU FLUIDE

informations générales

Dans la pratique en laboratoire et dans les conditions de production, les paramètres suivants sont mesurés : niveau, pression et débit de fluide.

Mesure de niveau. Le dispositif le plus simple est un tube de verre relié à son extrémité inférieure à un réservoir ouvert dans lequel le niveau est déterminé. Dans le tube et le réservoir, comme dans les vases communicants, la position du niveau de liquide sera la même.

Large application reçu des jauges de niveau à flotteur (dans les réservoirs de carburant, les abreuvoirs collectifs, diverses cuves de process). La partie active de l'appareil - le flotteur - suit la mesure du niveau de liquide et les lectures sur l'échelle changent en conséquence. Le mouvement mécanique du flotteur (capteur primaire) de haut en bas peut être converti en signal électrique à l'aide d'un rhéostat ou d'un inducteur et enregistré par un appareil secondaire. Dans ce cas, la transmission à distance des relevés est possible.

Parmi les instruments basés sur des méthodes indirectes pour déterminer la quantité souhaitée, le plus grand intérêt représente une jauge de niveau capacitive. Il utilise une électrode métallique recouverte d’une fine couche d’isolation plastique comme capteur. Lorsque le courant est connecté, le système électrode-liquide-réservoir forme un condensateur dont la capacité dépend du niveau de liquide. Les inconvénients des capteurs capacitifs incluent une dépendance significative des lectures à l'égard de l'état de l'isolation des électrodes.

Mesure de pression . Les instruments de mesure se distinguent par leur objectif pression atmosphérique(baromètres), surpression (manomètres - à pg >0 et vacuomètres - à pg<0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).

Sur la base du principe de fonctionnement, il existe des dispositifs à liquide et à ressort.

Dans les appareils liquides la pression mesurée est équilibrée par une colonne de liquide dont la hauteur sert de mesure de pression. Le piézomètre se caractérise par sa conception simple, qui est un tube de verre vertical relié à l'extrémité inférieure à un endroit

mesures de pression (Fig. 1.1a).

Figure 1.1 Appareils liquides :

a) piézomètre ;

b) Tube en forme de U

La valeur de la pression au point de raccordement est déterminée par la hauteur h de montée du liquide dans le piézomètre : p=rgh, où r est la densité du liquide.

Les piézomètres sont pratiques pour mesurer de petites surpressions - environ 0,1 à 0,2 at. Sur le plan fonctionnel, les capacités des instruments en forme de U à deux tubes (Fig. 1.1b), qui sont utilisés comme manomètres, vacuomètres et manomètres différentiels, sont plus larges. Le tube en verre de l'appareil peut être rempli d'un liquide plus lourd (par exemple du mercure). Les instruments liquides ont une précision relativement élevée et sont utilisés pour les mesures techniques, ainsi que pour l'étalonnage et les tests d'autres types d'instruments.

Dans les appareils à ressort la pression mesurée est perçue par un élément élastique (ressort tubulaire, membrane, soufflet) dont la déformation sert de mesure de pression. Les appareils à ressorts tubulaires sont très répandus. Dans un tel dispositif, l'extrémité inférieure ouverte d'un tube de section ovale (Fig. 1.2a) est fixée rigidement dans le boîtier et l'extrémité supérieure (fermée) est libre dans l'espace.

Sous l'influence de la pression moyenne, le tube a tendance à se redresser (si p > p at) ou à l'inverse à se courber encore davantage (si p > p at)<р ат). В показывающих приборах упругий элемент, перемещаясь, воздействует через передаточный механизм на стрелку и по шкале ведется отсчет измеряемого давления. В приборах с дистанционной передачей показаний механическое перемещение упругого элемента преобразуется в электрический (или пневматический) сигнал, который регистрируется вторичным прибором.

Figure 1.2 Dispositifs à ressort :

a) avec un ressort tubulaire ;

b) soufflets ; c) membrane

Selon la classe de précision, les appareils à ressorts tubulaires monotours sont divisés en :

Technique (pour les mesures de routine - classe de précision 1,5 ; 2,5 ; 4,0) ;

Exemplaire (pour des mesures précises - classe de précision 0,16 ; 0,25 ; 0,4 ; 0,6 ; 1,0) ;

Contrôle (pour vérifier les a priori techniques - classe de précision 0,5 et 1,0).

La classe de précision est indiquée sur le cadran de l'appareil ; il caractérise l'erreur maximale de l'appareil en pourcentage de la valeur maximale de l'échelle dans des conditions normales (t=20°C, p=760 mmHg).

Mesure de flux. La méthode la plus simple et la plus précise pour déterminer le débit de fluide est la méthode volumétrique utilisant un récipient de mesure. La mesure revient à enregistrer le temps T de remplissage d'un récipient avec un volume W connu. Ensuite le débit Q=W/T. Dans les conditions de production, divers compteurs volumétriques et à grande vitesse (à palettes et turbine) sont utilisés comme compteurs de quantité de liquide W. La méthode permet de déterminer les valeurs Q moyennées dans le temps.

UN) b) V)

Figure 2.5 Compteurs de liquide :

UN− volumétrique à engrenages ovales ; b− rotationnel ;

V− à grande vitesse avec un plateau tournant ailé

Pour mesurer les débits instantanés dans les canalisations sous pression, différents types de débitmètres sont utilisés (Fig. 1.4). Pratique pour

débitmètres de mesures avec dispositifs de restriction. Le principe de fonctionnement de l'appareil est basé sur la création d'une différence de pression statique dans le débit à l'aide d'un dispositif de constriction (par exemple un diaphragme) et sur sa mesure avec un manomètre différentiel (Fig. 1.4b). Le débit de fluide est déterminé à l'aide du tableau d'étalonnage Q = f(h) ou par la formule :

Q = mАÖ2gh, (2,2)

où m est le coefficient de débit du dispositif de restriction ;

h – lecture du manomètre différentiel ;

A – constante du débitmètre ;

où D est le diamètre du pipeline ;

d – diamètre de l'orifice du dispositif de restriction.

Figure 1.4 Débitmètres de liquide :

a) pression différentielle constante (rotamètre) ;

b) chute de pression variable

(avec un dispositif de constriction - un diaphragme) ;

c) induction

But du travail

Se familiariser avec la conception, le principe de fonctionnement et le fonctionnement des instruments de mesure de niveau, de pression et de débit de fluide ; apprendre la technique de calibrage des débitmètres.

Procédure de travail

Travail de laboratoire n°2

Etude expérimentale de l'équation

Bernoulli

informations générales

Pour un mouvement constant et variable d’un fluide réel, l’équation de Bernoulli a la forme :

z 1 + , (2.1)

où z 1, z 2 sont les hauteurs des positions des centres de gravité des tronçons 1 et 2 ;

р 1, р 2 – pressions dans les sections ;

u 1, u 2 - vitesses d'écoulement moyennes dans les sections ;

une 1 , une 2 - coefficients d'énergie cinétique.

D'un point de vue énergétique :

z – énergie potentielle spécifique de position (pression géométrique) ;

Énergie potentielle spécifique de pression (pression piézométrique) ;

Énergie cinétique spécifique (pression-vitesse).

La somme z++ = H exprime l'énergie spécifique totale du fluide (hauteur totale).

De l'équation (2.1), il s'ensuit que lorsqu'un fluide réel se déplace, la pression totale diminue en aval (H 2<Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Une diminution de la pression totale se reflète d'une certaine manière sur ses composantes - pression piézométrique et vitesse. La nature des changements de pression dans un système hydraulique spécifique présente un intérêt pratique et peut être clairement étudiée expérimentalement.

But du travail

Confirmer expérimentalement la validité de l'équation

Bernoulli : pour établir la nature du changement de pression totale, piézométrique et de vitesse lors du mouvement du fluide dans la canalisation étudiée.

Technique expérimentale

Les travaux de laboratoire peuvent être effectués sur une installation spécialisée et un support universel.

Dans le premier cas, les pressions piézométriques et totales sont mesurées dans les sections de contrôle de la section expérimentale pendant un mouvement constant du fluide ; dans le second cas, seules les pressions piézométriques sont mesurées, avec calcul ultérieur des pressions totales.

Sur la base des données expérimentales, un graphique de pression est construit et une analyse des changements le long de l'écoulement des composants de l'équation de Bernoulli est réalisée.

Description de l'usine pilote

Procédure de travail

Traitement des données expérimentales

Une analyse du graphique de pression est fournie. Une conclusion est donnée sur la nature du changement de pression totale, piézométrique et de vitesse le long de l'écoulement avec des explications appropriées.

Questions de contrôle

1. Quelle est la signification physique de l’équation de Bernoulli ?

2. Expliquer les concepts de pression géométrique, piézométrique et totale ?

4. Que montrent les lignes de pression et piézométriques ?

5. Qu'est-ce qui détermine la nature du changement de pression totale, piézométrique et de vitesse le long de l'écoulement ?

6. Grâce à quelle énergie du fluide en mouvement les résistances hydrauliques sont-elles surmontées ?

Travail de laboratoire n°3

Etude des modes de mouvements fluides

informations générales

Lorsqu'un liquide se déplace dans une canalisation (canal), deux modes d'écoulement sont possibles : laminaire et turbulent.

Le régime laminaire est caractérisé par un mouvement ordonné et en couches, dans lequel des couches individuelles de liquide se déplacent les unes par rapport aux autres sans se mélanger. Un jet de peinture introduit dans un flux d'eau laminaire n'est pas emporté par l'environnement et a l'apparence d'un fil tendu.

Le régime turbulent est caractérisé par un mouvement désordonné et chaotique, lorsque les particules fluides se déplacent le long de trajectoires complexes et en constante évolution. La présence de composantes de vitesse transversales dans un écoulement turbulent provoque un mélange intense du liquide. Dans ce cas, le flux coloré ne peut exister indépendamment et se désintègre sous forme de tourbillons sur toute la section transversale du tuyau.

Des expériences ont établi que le mode de mouvement dépend de la vitesse moyenne u, du diamètre du tuyau d, de la densité du liquide r et de sa viscosité absolue m. Pour caractériser le régime, il est d'usage d'utiliser un ensemble de ces grandeurs, composé d'une certaine manière en un complexe sans dimension - le nombre de Reynolds

où n = m/r est le coefficient de viscosité cinématique.

Le nombre de Reynolds correspondant au passage de l'écoulement laminaire à l'écoulement turbulent est dit critique et est noté Re cr. Il convient de souligner qu'en raison de l'instabilité de l'écoulement du fluide à la frontière des régimes laminaire et turbulent, la valeur de Rec cr n'est pas strictement définie. Pour les canalisations cylindriques lorsque l'eau se déplace, en tenant compte des conditions d'entrée du débit, de la rugosité des parois et de la présence de perturbations initiales Re cr = 580-2000. Dans les calculs, Re cr » 2300 est généralement pris.

Chez Ré Re cr – turbulent.

Dans la plupart des applications techniques liées au mouvement de milieux à faible viscosité (eau, air, gaz, vapeur), un régime turbulent est mis en œuvre - systèmes d'alimentation en eau, ventilation, alimentation en gaz, systèmes d'alimentation en chaleur. Le mode laminaire se produit dans les échangeurs de chaleur à film (lorsqu'un film de condensat s'écoule sous l'influence de la gravité), lors de la filtration de l'eau dans les pores du sol et lorsque des liquides visqueux se déplacent dans des canalisations.

But du travail

Par des observations visuelles, établir la nature du mouvement des fluides sous différents modes ; maîtriser la méthodologie de calcul du régime de pression ; pour l'usine pilote, déterminer le nombre de Reynolds critique.

Description de l'usine pilote

L'installation du laboratoire (Figure 3.1) comprend un réservoir sous pression, un pipeline (avec une section transparente pour l'observation visuelle), un récipient contenant du colorant et un réservoir de mesure.

Le récipient contenant le colorant est fixé avec un trépied sur la paroi du réservoir sous pression et est équipé d'un tube pour alimenter en colorant le flux d'eau circulant dans la canalisation. Le débit est réglé par une vanne de régulation et déterminé à l'aide d'un réservoir de mesure.

Demande de service

Traitement des données expérimentales

Analyse des résultats. Conclusions du travail

Une analyse des observations visuelles de la nature du mouvement des fluides sous différents modes est fournie. La valeur du nombre de Reynolds critique pour l'usine pilote et les résultats de la détermination calculée du mode sont notés.

Questions de contrôle

1. Quels régimes d’écoulement des fluides connaissez-vous ?

2. Expliquer la méthode de détermination expérimentale du régime d'écoulement.

3. Quelle est la différence fondamentale entre un régime turbulent et un régime laminaire ?

4. Comment le régime d'écoulement est-il déterminé par calcul ?

5. Définissez le nombre de Reynolds critique.

6. Donnez des exemples de systèmes techniques (dispositifs) dans lesquels se produisent : a) le mode laminaire ; b) régime turbulent.

Travail de laboratoire n°4

Détermination du coefficient hydraulique

Friction

informations générales

Un écoulement de fluide se déplaçant uniformément dans un tuyau (canal) perd une partie de son énergie en raison du frottement sur la surface du tuyau, ainsi que du frottement interne dans le liquide lui-même. Ces pertes sont appelées pertes de charge le long de l’écoulement ou pertes de charge dues au frottement.

Conformément à l'équation de Bernoulli, perte de charge sur la longueur d'un tuyau horizontal de diamètre constant

h dl = , (4.1)

où sont les pressions piézométriques dans les sections considérées.

Les expériences montrent que les pertes de charge sur la longueur sont proportionnelles au coefficient sans dimension l et dépendent de la longueur l et du diamètre d du pipeline, ainsi que de la vitesse moyenne u. Cette dépendance est établie par la formule bien connue de Darcy-Weisbach

h dl = . (4.2)

Le coefficient l, qui caractérise la résistance au frottement, dépend généralement du nombre de Reynolds Re et de la rugosité relative des parois des tuyaux D/d (ici D est la taille absolue des saillies de rugosité). Cependant, l'influence de ces grandeurs sur le coefficient l en régimes laminaire et turbulent est différente.

En mode laminaire, la rugosité n’a aucun effet sur la résistance au frottement. Dans ce cas, l = f(Re) et le calcul est effectué selon la formule

l = 64/Ré. (4.3)

En mode turbulent, l'influence de Re et D/d est déterminée par la valeur du nombre de Reynolds. Pour Re relativement petit, ainsi qu'en mode laminaire, le coefficient l est fonction uniquement du nombre de Reynolds Re (région des conduites hydrauliquement lisses). Pour le calcul, les formules de G. Blasius sont applicables ici pour Re £ 10 5 :

l = 0,316/Re 0,25, (4,4)

et la formule de G.K. Konakov à Re£ 3×10 6 :

Dans la plage des nombres de Reynolds modérés l = f(Re,) et un bon accord avec l'expérience est donné par la formule d'A.D. Altshulya :

À des valeurs suffisamment grandes de Re (écoulement turbulent développé), l'influence du frottement visqueux est insignifiante et le coefficient l = f(D/d) est ce qu'on appelle la région des tuyaux complètement rugueux. Dans ce cas, le calcul peut être effectué à l'aide de la formule B.L.. Shifrinson :

Les formules empiriques ci-dessus et d'autres bien connues pour déterminer le coefficient de frottement hydraulique ont été obtenues en traitant des graphiques expérimentaux. En comparant les résultats du calcul de l à l'aide de ces formules avec des valeurs expérimentales, on peut évaluer la fiabilité des expériences réalisées.

But du travail

Apprendre la méthodologie pour déterminer expérimentalement le coefficient de frottement hydraulique ; pour les conditions de l'expérimentation, établir la dépendance du coefficient de frottement hydraulique sur le régime d'écoulement du fluide et comparer les résultats obtenus avec des calculs utilisant des formules empiriques.

Technique expérimentale

Le coefficient de frottement hydraulique est déterminé par la méthode indirecte en utilisant la formule de Darcy-Weisbach (4.2). Dans ce cas, la perte de charge h dl est déterminée directement par expérience - à partir de la différence des pressions piézométriques au début et à la fin de la section de canalisation étudiée, et de la vitesse de déplacement u à partir du débit de liquide Q.

La dépendance l = f(Re) est établie en menant des expériences sous différents modes de mouvement des fluides et en construisant un graphique correspondant.

Description de l'usine pilote

La configuration du laboratoire (Figure 4.1) comprend un réservoir sous pression, un pipeline expérimental et un réservoir de mesure.

La canalisation expérimentale est horizontale, de section constante (l = 1,2 m, d = 25 mm). Dans la zone de détermination de la perte de pression se trouvent deux raccords à pression statique qui sont reliés aux piézomètres à l'aide de tuyaux en caoutchouc. Une vanne est installée derrière la section de mesure pour réguler le débit d'eau.

Procédure de travail

Traitement des données expérimentales

Analyse des résultats. Conclusion sur le travail

Travail de laboratoire n°5

Détermination du coefficient local

Résistance

informations générales

Dans les systèmes hydrauliques réels, le fluide en mouvement perd de l'énergie mécanique dans les sections droites des tuyaux, ainsi que dans les raccords et raccords, ainsi que dans d'autres résistances locales. Les pertes d'énergie pour vaincre les résistances locales (appelées pertes de pression locales) sont en partie dues au frottement, mais dans une plus large mesure à la déformation de l'écoulement, à sa séparation des parois et à l'apparition d'écoulements tourbillonnaires intenses.

Les pertes de charge locales sont déterminées par calcul selon la formule de Weisbach :

h m = z m (u 2 /2g), (5.1)

où z m est le coefficient de résistance locale ; montrant quelle partie de la pression de vitesse est dépensée pour vaincre la résistance.

La valeur de z m dans le cas général dépend du type de résistance locale et du régime d'écoulement. Les valeurs expérimentales du coefficient pour la région quadratique du régime turbulent sont données dans les tableaux de référence.

But du travail

Apprendre la méthodologie pour déterminer expérimentalement le coefficient de résistance locale ; Déterminez expérimentalement le coefficient z m pour la résistance locale étudiée, établissez sa dépendance au nombre de Reynolds et comparez les données obtenues avec les données tabulaires.

Technique expérimentale

Description de l'usine pilote

L'installation de détermination expérimentale du coefficient de résistance locale (Figure 5.1) comprend un réservoir sous pression, une canalisation avec la résistance locale à tester et un réservoir de mesure. Des raccords à pression statique sont installés sur la canalisation devant et derrière la résistance locale, qui sont connectés aux piézomètres à l'aide de tuyaux en caoutchouc. Il y a une vanne pour réguler le débit d'eau.

Procédure de travail

Traitement des données expérimentales

Analyse des résultats

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