Общие сведения о проведении лабораторных работ 4 страница
а) приведенный к скорости в отводящей трубе – 
б) приведенный к скорости в подводящей трубе – 
6. Повторить п. 1–5, соответственно, для таблицы 5.2.
7. Построить напорную характеристику резкого сужения и расширения в координатах подача – потребный напор НПОТР = ∆hC = f(Q) и НПОТР = ∆hР = f(Q)
8. Построить характеристики местных сопротивлений в координатах коэффициент сопротивления – критерий Рейнольдса ξC1=f(Re1), ξР1=f(Re3).
9. Полученные значения сравнить со справочными данными ξспр, значения справочных данных можно определить по следующим формулам:
Для внезапного расширения: 
.
Для внезапного сужения 
.
10. Сделать и записать выводы.
Таблица 5.1
| № | V, л | ∆t, сек | Q, л/с | НП7, мм | НП6, мм | υ1, мм/с | υ2, мм/с | Re1 | Re2 |  , мм |  , мм | ∆hС, мм | ∆рС, Па | ξС1 | ξС2 |
Таблица 5.2.
| № | V, л | ∆t, сек | Q, л/с | НП5, мм | НП6, мм | υ3, мм/с | υ4, мм/с | Re3 | Re4 |  , мм |  , мм | ∆hР, мм | ∆рР, Па | ξР1 | ξР2 |
Лабораторная работа №6
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ (НАПОРА) ПРИ ТЕЧЕНИИ ЧЕРЕЗ МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ВИДЕ ДИАФРАГМЫ И ЗАДВИЖКИ
Цель работы:
Закрепление знаний по разделу "Местные гидравлические сопротивления", получение навыков опытного определения коэффициентов местных сопротивлений.
Задание:
Определить из опыта коэффициенты сопротивления для местных сопротивлений в виде диафрагмы и клиновой задвижки. Сравнить полученные результаты с данными справочной литературы.
Теоретические основы метода:
К местным сопротивлениям, в частности, относятся участки трубопроводов, имеющих переходы с одного диаметра на другой, колена, раструбы, тройники, крестовины, всякого рода запорные устройства и приспособления (краны, задвижки, вентили, клапаны), а также фильтры, сетки, специальные устройства входа и выхода к насосам (диффузоры, конфузоры).
Учет местных сопротивлений играет решающую роль при расчете гидравлически коротких трубопроводах, где величина потерь энергии на местных сопротивлениях сравнима с потерями по длине. Практически любое местное сопротивление приводит к резкому изменению характера течения, сопровождаемого изменением местных скоростей, как по величине, так и по направлению.
На практике для определения потерь энергии на местных сопротивлениях применяется формула Вейсбаха, выражающая потери в долях скоростного напора
, (6.1)
где неизвестный коэффициент пропорциональности ξ называется коэффициентом местного сопротивления.
В качестве скорости υ принимается скорость на участке трубопровода, либо до него. От этого будет зависеть численное значение коэффициента ξ, поэтому необходимо специально оговаривать, по отношению к какой скорости вычислен коэффициент местного сопротивления. В общем случае коэффициент ξ зависит от геометрической формы местного сопротивления и числа Re.
Коэффициент ξ принимается постоянным для данного вида местного сопротивления. Однако экспериментальные исследования показали, что это условие соблюдается только при больших числах Рейнольдса (Re > 104). При небольших величинах Re значения коэффициента ξ существенно зависит от числа Рейнольдса. Справочные значения ξ относятся к случаю, когда местное сопротивление работает в условиях автомодельности по числу Re, т.е. не зависит от его числового значения. Значения ξ, приводимые в справочниках, следует считать ориентировочными. Для уточнения данных о конкретном местном сопротивлении необходимо провести экспериментальное исследование в требуемом диапазоне чисел Re. Однако, есть случаи, когда величина потерь энергии на местном сопротивлении может быть определена теоретически, например, при внезапном расширении потока или прохождении через диафрагму.
Коэффициент сопротивления диафрагмы можно также определить в зависимости от отношения площади поперечного сечения трубы S2 к площади отверстия диафрагмы S1.
Таблица 6.1
| S2/S1 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
| ξ | 18,4 | 8,2 | 4,0 | 2,0 | 0,97 | 0,41 | 0,13 |
Проведение опыта:
Диаметр отверстия диафрагмы d0 = 5 мм. Диаметр подводящего трубопровода d = 26 мм. Клиновая задвижка переменного сечения с диаметром условного прохода dз = 16 мм. Точки замера пьезометрического напора №8 и №9 до и после задвижки З3 расположены во входном и выходном фитингах с тем же условным проходом.
1. Полностью закрыть задвижки З1, З2, З4, З5, З6, З7, З8 и краны КР4, КР5, КР8, КР12. Краны КР6, КР7, КР9, КР14 полностью открыть.
2. Повернуть переключатель насоса Н3 в крайнее правое положение и включить питание переключением соответствующего тумблера на блоке управления.
3. Дождаться наполнения напорной секции накопительного бака, вплоть до возникновения перелива.
4. Откручивая рукоятку задвижки З5 установить уровень жидкости в пьезометре №11 (Нп11) в соответствие с табл. 6.2.
5. Закрыть кран КР9. Измерить время ∆t заполнения объема V жидкости, поступающей в мерную емкость ЕМ1. Записать значения в таблицу 6.2. Открыть кран КР9.
6. Записать в таблицу показания пьезометра № 10 (НП10).
7. Повторить действия по пунктам п. 4, 5, 6 для всего интервалаНп11 из табл. 6.2.
8. Полностью закрыть задвижку З5.
9. Полностью открутить задвижку З3, а затем из этого положения закручивать ее на число оборотов, указанных в таблицах 6.3–6.5.
10.Откручивая рукоятку задвижки З4 установить уровень жидкости в
пьезометре №9 (НП9) в соответствие с табл. 6.3.
11.Закрыть кран КР9. Измерить время Δt заполнения объема V жидкости,
поступающей в мерную емкость ЕМ1. Записать значения в таблицу 6.3.
12.Открыть кран КР9.
13.Записать в таблицу 6.3. показания пьезометра №8.
14.Повторить действия по пунктам п. 4, 5, 6 для всего интервала НП9 из
табл. 6.3. Таким образом, получается характеристика задвижки при фиксированной величине перекрытия. Закрыть задвижку З4.
15. Закрутить рукоятку З3 на несколько оборотов (см. табл. 6.4, а затем 6.5 – изменить величину перекрытия) и повторить действия по пунктам 10–14. Таким образом, получить характеристики для нескольких значений перекрытия сечения задвижки. Результаты замеров и количество оборотов задвижки записать в табл. 6.4. и 6.5.
16. Полностью закрыть задвижку З4.
17. Выключить питание насоса Н3.
Обработка результатов опыта:
1. Рассчитать величины расходов Q=V/∆t и записать значения в таблицу 6.2.
2. Рассчитать местные потери напора на диафрагме. Учитывая, что расход жидкости при каждом измерении постоянен (т.е. скоростные напоры в сечениях до и после диафрагмы равны) потери полного напора
следовательно
3. Рассчитать параметры потока в отверстии диафрагмы:
а) среднюю скорость жидкости υ0= Q/S0, S0=πd2/4;
б) скоростной напор – υ20/2g;
в) критерий Рейнольдса:
4. Рассчитать параметры потока в подводящем трубопроводе:
а) среднюю скорость жидкости υ = Q/S, S=πd2/4;
б) скоростной напор – υ2/2g;
в) критерий Рейнольдса:
5. Определить коэффициент сопротивления диафрагмы:
а) приведенный к скоростному напору в отверстии диафрагмы-
б) приведенный к скорости в подводящей трубе –
6. Определить коэффициент расхода диафрагмы μ из формулы расхода жидкости:
7. Построить напорную характеристику диафрагмы в координатах подача – потребный напор НПОТР1 = ∆Нд= f(Q).
8. Построить характеристики диафрагмы в координатах коэффициент сопротивления – критерий Рейнольдса ζд0 = f(Re0) и коэффициент расхода – критерий Рейнольдсаμ = f (Re). Примеры показаны на рис. 6.1.
9. Рассчитать величины расходов Q=V/Δt; и записать значения в таблицы 6.3 – 6.5.
10. Рассчитать местные потери напора на задвижке.
,
следовательно
.
11. Рассчитать среднюю скорость жидкости
,и критерий Рейнольдса 
.
12. Определить коэффициент сопротивления задвижки:
.
13. Построить напорные характеристики задвижки в координатах подача – потребный напор 
для нескольких перекрытий задвижки.
14. Построить характеристики задвижки в координатах коэффициент сопротивления — критерий Рейнольдса 
для нескольких перекрытий задвижки.
15. Сделать и записать выводы.
Рис.6.1. Пример построения экспериментальных
характеристик диафрагмы.
Таблица 6.2.
| № | V, л | ∆t, с | Q, л/с | НП10 мм | НП11 мм | ∆Нд мм | υ0, мм/с | Re0 |  , мм | ξд0 | υ, мм/с | Re |  | ξд | μ |
Таблица 6.3.
Кол-во оборотов задвижки З3 =2
| № | V, л | Δt, с | Q, л/с | НП8, мм | НП9, мм | ΔНздв, мм | υ, мм/с | Rе |  , мм |  |
Таблица 6.4.
Кол-во оборотов задвижки З3 =4
| № | V, л | Δt, с | Q, л/. | НП8, мм | НП9, мм | ΔНздв, мм | υ, мм/с | Rе | , мм | |
Таблица 6.5.
Кол-во оборотов задвижки З3 =6