ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ. Малыми отверстиями называются такие, при истечении через которые скорость движения

Малыми отверстиями называются такие, при истечении через которые скорость движения жидкости во всех точках живого сечения струи и плоскости отверстия можно считать практически одинаковой, отверстие считается малым, если его d £ 0,1 Н (где d – диаметр отверстия, Н - напор над центром тяжести отверстия), или а £ 0,1 Н для квадратного отверстия (где а – сторона квадрата).

Насадком называется короткая труба L = (3¸5)d, геометрически присоединенная к отверстию в тонкой стенке. Наиболее распространенными в практике являются: цилиндрические, конические и коноидальные. Цилиндрические разделяются на внешние (насадок Вентури) и внутренние (насадок Борда); конические насадки могут быть сходящимися и расходящимися.

При истечении жидкости из резервуара через отверстия и насадки потенциальная анергия жидкости преобразуется в кинетическую энергию струи, частично расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений.

Струя, вытекающая из отверстия, сжимается, и на некотором расстоянии от него сечение струи минимальное. Это сечение называется сжатым сечением w_С. Отношение площади сжатого сечения к площади отверстия w₀ называется коэффициентом сжатия e=w_С/w₀.

Сжатие струи вызвано инерцией частиц жидкости, подходящих к отверстию из резервуара по различным направлениям, в том числе по радиальным или близким к ним.

При истечении из насадков струя тоже сжимается, но это сжатие происходит внутри насадка, а на выходе из насадка струя заполняет все его сечение, то есть коэффициент сжатия e»1.

Для определения скорости при истечении жидкости через незатопленное отверстие в тонкой стенке используется уравнение Бернулли, написанное для двух сечений. Одно выбирается на свободной поверхности жидкости, другое в сжатом сечении струи, относительно плоскости сравнения, проходящей через центр тяжести отверстия.

где Н₀ - геометрический напор;

Р₀, Р_С - давление на свободной поверхности жидкости в резервуаре и давление среды, в которую происходит истечение;

V - скорость в сжатом сечении;

z - коэффициент сопротивления входа.

Из уравнения найдем скорость жидкости:

где - действующий напор.

Величину называют коэффициентом скорости и обозначают j.

Тогда можно записать , то есть коэффициент скорости представляет собой отношение действительной скорости истечения V к скорости истечения идеальной жидкости . Для насадка коэффициент скорости равен:

где z_вр – коэффициент внезапного расширения от сжатого сечения до полного сечения насадка;

l – коэффициент гидравлического трения;

L – длина насадка;

d – его диаметр.

Произведение коэффициентов сжатия и скорости называют коэффициентом расхода m=ej. Он определяется выражением:

то есть коэффициент расхода представляет собой отношение действительного расхода Q к расходу идеальной жидкости:

Отсюда можно видеть, что m<1. Величина m зависит главным образом от степени сжатия струи (значение коэффициента j близко к единице), которая в свою очередь зависит от расположения отверстия относительно боковых стенок и дна сосуда. В зависимости от удаления отверстия от боковых стенок и дна сосуда различают типы сжатия струи: совершенное, несовершенное, полное, неполное. Наибольшее по величине сжатие струи получается в случае совершенного сжатия, когда отверстие расположено достаточно далеко от боковых стенок, дна сосуда.

Расход через отверстие или насадок определяется по формуле:

7.3. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

Опытная установка состоит из напорного бака (1) с боковым отверстием, отводящего лотка (2), мерного бака (3), набором сменных насадков (5), стекла (4) со шкалами для отсчета координат точек струи.

Напорный бак наполняется из водонапорной трубы (6) до постоянного уровня Н. Этот уровень поддерживается в процессе опыта при помощи холостого слива (7) (рисунок 7.1).

Рисунок 7.1 – Принципиальная схема лабораторной установки

7.4. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Студенты обязаны выполнять общие требования безопасности согласно Инструкции по охране труда в лаборатории С-106 кафедры «Теплотехника, ТГСиВ», утвержденной 26.02.1999 года.

7.5. МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Устанавливается отверстие или насадок в гнезде напорного бака. Открывается пробка отверстия или насадка и поддерживается постоянный уровень воды в напорном баке, после чего производят следующие замеры:

– продолжительности t заполнения водой некоторого объема W;

– координат X и Y траектории вытекающей струи в любой точке, по которым рассчитывают действительную скорость истечения воды через отверстие или насадок;

– напора жидкости, по водомерному стеклу или переливу

Диаметр отверстия или насадка замеряют перед началом опыта. Данные заносятся в таблицу 7.1.

Производится обработка полученных данных и подсчитываются относительные отклонения опытных коэффициентов от справочных.

Таблица 7.1 – Обработка результатов опытов

Величина	Обозначение	Единица измерения	Тип отверстия или насадка
Диаметр входного отверстия	d	мм
Напор жидкости	H	см
Продолжительность опыта	τ	с
Объем жидкости	W	см3
Координаты точки струи	X	см
Y	см
Площадь отверстия	w=pd2/4	см2
Скорость опытная		см/с
Скорость теоретическая		см/с
Расход опытный	Q=W/τ	см3/с
Расход теоретический	QT=VTw	см3/с
Коэффициент скорости	j=V/VT
Коэффициент расхода	m=Q/QT
Коэффициент сжатия	e=m/j
Относительные отклонения

7.6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Отчет по лабораторной работе выполняются в тетради или на листах формата А4. При этом в отчете должны быть записаны: номер и наименование лабораторной работы, цель работы, начерчены принципиальная схема опыта или опытной установки» таблица для записи основных параметров установок и опытных данных, необходимые расчетные зависимости.

Выполнив все необходимые записи показаний измерительных приборов, надо произвести вычисления, занести в таблицу, сделать краткие выводы по работе (в часы лабораторных занятий или часы самостоятельной работы).

Работа должна быть защищена и подписана преподавателем, под руководством которого она проводилась.

7.7. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется малым отверстием?

2. Что называется насадком?

3. Какими параметрами и коэффициентами характеризуется истечение жидкостей из отверстий и насадков?

Защита работы проводится в виде собеседования.

8. ЛИТЕРАТУРА

8.1. Основная учебная литература

1. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебное пособие для вузов/ В.И. Калицун, В.С. Кедров, Ю.М. Ласков. – М.: Стройиздат, 2001.

2. Инженерные сети, оборудование зданий и сооружений: Учебник/ Е.Н. Бухаркин, В.М. Овсянников, К.С. Орлов и др.; Под ред. Ю.П. Соснина. – М.: Высшая школа, 2001.

8.2. Дополнительная литература

1. Альтшуль А.Д., Калицун В.И. Примеры расчетов по гидравлике. - М.:Стройиздат,1976.-256с.

2. Константинов М.П., Петров Н.А., Александров В.А. Примеры гидравлических расчетов. - М.: Транспорт, 1987.-440с.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Гидравлика»

Составители: Богачев В.В., Борисенко О.А.

Редактор

Подписано в печать

Формат 60´84 1/16 Уч.изд.л

Бумага газетная. Тираж 100.

355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

Северо-Кавказский государственный технический университет

Типография СевКавГТУ