Описание лабораторной установки. Из напорного бака жидкость поступает в трубу, на которой последовательно установлены местные сопротивления

Из напорного бака жидкость поступает в трубу, на которой последовательно установлены местные сопротивления. В конце трубы имеется кран, служащий для регулирования расхода через трубу. Расход может быть определен объемным способом. До и после каждого местного сопротивления установлены пьезометры.

После ознакомления со стендом студенты зарисовывают конкретную установку самостоятельно.

Порядок выполнения работы

1. Краном задается расход в трубе.

2. Расход определяется объемным способом.

3. Фиксируются показания пьезометров.

4. Определяются коэффициенты местных сопротивлений по формуле (19).

5. Для случаев внезапного расширения и внезапного сужения опытные данные для потерь напора сравниваются с теоретическими.

Контрольные вопросы

1. По какой формуле определяются потери напора на местные сопротивления?

2. Какова размерность коэффициента местного сопротивления?

3. От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления при развитом турбулентном режиме?

4. Какие величины необходимо измерить в данной работе?

5. Какова размерность потерь напора на местные сопротивления?

6. Для какой цели измеряется температура жидкости?

7. От каких факторов зависит в общем случае коэффициент ζ?

8. Когда при движении жидкости возникают местные потери напора?

9. Меняется ли ζ в зависимости от режима движения жидкости?

10. Как меняется скорость и давление в потоке при внезапном расширении?

11. Почему уровень воды в напорном баке поддерживается постоянным при проведении опыта?

12. Вывести формулы для экспериментального определения потерь на местные сопротивления при внезапном расширении и при внезапном сужении круглой трубы.

Литература

1. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев - М.: Стройиздат, 1975. С 66-67. 71-75, 168-173, 187-189.

2. Константинов Н.М. Гидравлика. Гидрология. Гидрометрия / Н.М. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий - М.: Высшая школа, 1987. С. 140-151.

3. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика / Л.С. Животовский, Л.П. Иванов - М.: Стройиздат, 1987. С. 171-177.

4. Калякин А.М. Основные уравнения динамики жидкости. Гидростатика. Гидравлические сопротивления / А.М. Калякин - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. Ч.3. С. 62-65.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА

ВОДОМЕРА ВЕНТУРИ

Водомер Вентури служит для определения расхода жидкости в напорном трубопроводе. Он представляет собой трубу переменного сече­ния, (рис. 9), где широкая труба переходит в трубу меньшего диаметра и затем также плавно увеличивается до прежнего диаметра.

Принцип измерения расхода с помощью водомера Вентури основан на законе сохранения энергии при движении жидкости. При уменьшении диаметра трубы увеличивается скорость движения и возрастает кинетическая энергия потока, соответственно потенциальная энергия в узком месте трубы уменьшается, что отражается на показаниях пьезометров, присоединенных к широкой и узкой частям водомера.

∆h

S_1,V_1,p₁ S_2,V_2,p₂

Рис. 9

Можно определить зависимость между расходом Q, проходящим через водомер, и разностью показаний пьезометров ∆h, не учитывая потерь (по длине и местных) в водомере, то есть определить так называемый теоретический расход.

Для определения теоретического расхода Q применяется уравнение Бернулли (без учета потерь):

Также применяется уравнение неразрывности:

Q_T = V₁S₁=V₂S₂,

где индекс 1 относится к широкой, а индекс 2 – к узкой части водомера, (рис. 9),

V – средняя скорость, S – площадь сечения потока.

Из последних двух уравнений получается:

или

Выражая из последнего уравнения V₁ и учитывая, что Q=V₁•S₁, можно получить зависимость:

(28)

где Q_Т – теоретический расход; постоянная водомера; d₁,d₂ — диаметры широкого и узкого сечений; ∆h — разность показаний пьезометров.

При выводе зависимости для теоретического расхода не учитывались потери по длине трубы и потери на местные сопротивления, хотя в действительности и те, и другие присутствуют. Поэтому действительный расход при тех же d₁, d₂, ∆h будет меньше теоретического.

Для связи Q_Д и Q_Т вводят коэффициент расхода водомера μ:

(29)

Тогда действительный расход

(30)

Из последней зависимости ясно, что действительный расход будет найден, если известно значение μ (остальные параметры задаются обязательно). Для определения μ проводятся так называемые тарировочные опыты, на основе которых и строится кривая зависимости μ от ∆h. С помощью такого графика можно определение действительного расхода через водомер, зная разность показаний пьезометров ∆h.

Практическое значение данной лабораторной работы состоит в том, что имея построенный в результате ее выполнения тарировочный график Q_Д, возможно данным водомером производить измерения расхода в практических целях.

Цели работы

1. Построить зависимости Q_Д=f(∆h) по нескольким экспериментальным точкам.

2. Определить коэффициент расхода водомера и построить график за­висимости μ=μ(∆h) .