Способы определения коэффициентов трения и сопоставление расчетных коэффициентов с экспериментальными данными, определенными на действующей установке

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный университет

Отчёт по лабораторной работе № 1

По дисциплине:                                    Теплотехника

                                           (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение коэффициента трения при движении

газового потока по каналам

Выполнил: студент  гр. МЦ-09                                                                /Саитов А.В./

                                                                                                                                                                                        ^(Ф.И.О.)

                                                                                                           /Серебряков М.А./

                                                                                                                                                                                        ^(Ф.И.О.)

                                                                                                                    /Соловьева И.Д./

                                                                                                                                                                                        ^(Ф.И.О.)

                                                                                                                    /Сидорова М.С./

                                                                                                                                                                                        ^(Ф.И.О.)

                                                                                                                    /Зотова И.Е./

                                                                                                                                                                                        ^(Ф.И.О.)

Проверил: доцент      ________                                                              /Зырянова О.В./

                                                           ^{(подпись)                                                                                                             (Ф.И.О.)}

Санкт - Петербург

2011

1. Цель работы: ознакомление с существующими способами определения коэффициентов трения и сопоставление расчетных коэффициентов с экспериментальными данными, определенными на действующей установке.

2. Теоретическое обоснование проводимого исследования

Движение газа по каналам любого профиля, составляющее одну из сторон работы металлургических печей, происходит за счет разности давлений (напоров) газа на противоположных концах канала, создаваемой различными тяговыми устройствами (дымососами, вентиляторами, дымовыми трубами и т.д.). Газ, проходящий по каналу, теряет при этом часть своей энергии на преодоление сопротивления канала. Если для действующих металлургических устано­вок потери на трение определяют экспериментально, то для проектируемых - обычно рассчитывают с помощью коэффициентов трения.

Во всех случаях движения газа потери тем больше, чем выше скоростной напор - удельная кинетическая энергия движения газа. Поэтому принято считать любые потери напора, в том числе потери на трение, в функции от скоростного (динамического) напора газа:

,

где  - коэффициент пропорциональности, показывающий какая доля динамического напора безвозвратно теряется на преодоление трения о стенки. Фактически он представляет собой отношение сил сопротивления к силам инерции. Его часто называют коэффициентом сопротивления на трение.

            Так как потери на трение оцениваются на некотором участке, а динамический напор соответствует некоторому его отдельному сечению, коэффициент   должен включать безразмерную длину участка (размерности  и  одинаковы). Развертывая выражение  получим:

,

где - средняя скорость газа в канале, м/с;  - удельный вес газа в действительных условиях  или ;  - ускорение свободного падения, . Очевидно, что:

,

где  - безразмерная длина участка, на котором рассматривается потери на трение;  - размерная длина участка, м;  - диаметр канала, м. Коэффициент  есть собственно коэффициент трения  газа о стенки канала.

            Значение коэффициента трения зависит от характера движения газа по каналу.

            При струйном (ламинарном) потоке неровности стенок канала как бы скрадываются слоем газа, имеющим нулевую скорость потока возле стенок (слоем Прандтля).

            В таком режиме выступы поверхности канала обтекаются плавно, не оказывая влияния на величину сопротивления. В этом случае:

,

где  - безразмерный критерий режима течения потока (критерий Рейнольдса),

 - кинематическая вязкость газа, .

            Величина  в этом режиме для данной трубы определяется только вязкостью  и средней скоростью газа . Для функции  приведено следующее выражение:

.

            При значения критерия Рейнольдса больше 2320, поток приобретает вихревой (турбулентный) характер. Вследствие турбулентного возмущения потока вблизи стенки при встрече с неровностями поверхности возникает дополнительное сопротивление движению газа, и имеет место зависимость:

,

где  - условная степень шероховатости стенок канала;  - средняя высота выступов шероховатостей стенки, м.

            Для гладких каналов с неровностями , в частности, рекомендуется формула Блазиуса: