Правила і порядок виконання віртуальної роботи. Загальний вид устаткування для проведення віртуальної лабораторної роботи при дослідженні процесу витікання рідини через малий круглий отвір і циліндровий

Загальний вид устаткування для проведення віртуальної лабораторної роботи при дослідженні процесу витікання рідини через малий круглий отвір і циліндровий насадок зображений на мал. 1.29.

Рис. 1.29. Початковий стан лабораторної установки в роботі № 1.9

Червоними кухлями і секторами відмічені кнопки для управління процесами, що відбуваються в цій роботі. При наведенні курсору на будь-який червоний кружок або сектор з'являється пояснюючий напис про те, для чого призначена дана кнопка.

Спочатку необхідно вибрати варіант досліду: перший — із витіканням води через отвір або другий — через насадок, для цього досить кликнути по відповідній кнопці. Потім ви зможете включити насос для підйому води в напірний бак. Далі можна буде відкрити клапан, що закриває отвір або насадок, і спостерігати витікання струменя. У першому варіанті, при витіканні через отвір, необхідно довільно вибрати точку на траєкторії струменя і виміряти її координати відносно початку струменя за допомогою відповідних вимірювальних лінійок Х і Y.

Рівень напору також визначається по координаті Y за допомогою вимірювальної лінійки. При цьому приймається її абсолютне значення — знак мінус відкидається.

Завершивши дії з лінійками Х і Y, можна включити поворот обмежувача струменя вгору і далі, включивши зливний клапан, дочекатися повного заповнення мірного бака і записати відповідне показання віртуального таймера.

Користуватися іншими способами вимірювання часу і даному випадку не можна, оскільки швидкість відтворення SWF-ролика залежить від швидкодії конкретного комп'ютера. Швидкість може істотно змінюватися навіть при зміні масштабу екрану, який також впливає на роботу таймера, от ось чому її показання можуть дуже відрізнятися від реальних. Проте таймер працює абсолютно синхронно з процесом наповнення мірного бака, і тому його показання є в даному випадку цілком достовірними. Як тільки бак наповниться, вода досягне верхнього електричного контакту і зупинить таймер. Саме це показання таймера потрібно внести до елементу t таблиці 2.10.

Об'єм мірного бака рівний 50 літрам, електричні контакти таймера налаштовані саме на такий об'єм. Діаметр отвору не вимірюється, його значення приймається рівним 16 мм.

Для переходу до другого варіанту досліду з насадком необхідно привести лабораторну роботу в початковий стан. Для цього слід натиснути овальну кнопку «Скидання». Далі вибирається другий варіант досліду із витіканням через насадок. Робота повторюється в тій же послідовності. При цьому внутрішній діаметр насадка приймається рівним 14 мм.

Включивши зливний клапан, необхідно дочекатися заповнення мірного бака і записати відповідне показання віртуального таймера .

Всі задані і виміряні величини внесіть до елементів таблиці 1.10 і приступайте до розрахунків.

Лабораторна робота №1.10

Тема: «Визначення коефіцієнтів витрати дросельного приладу (діафрагми) і водоміра Вентурі»

Мета роботи:

1. Визначити коефіцієнт дросельного приладу діафрагми і коефіцієнт витрати m водоміра Вентурі.

2. Побудувати тарировочні графіки обох приладів, тобто залежності Q_Д=f(DH_Д) і QВ=f(DH_В).

Теоретична частина

Дослід 1. Діафрагма

Визначення витрати проводять не тільки об'ємним методом, який у виробничих умовах практично не застосовують, але і за допомогою різних расходомірних приладів. Найбільш поширеними з них в промисловості є мірна шайба, або діафрагма, і водомір Вентурі.

Діафрагма (рис. 1.30) є пластинкою, що має великий центральний отвір. Ця пластинка ставиться в трубопровід нормально до напряму руху води і зміцнюється за допомогою фланців. Рідина, протікаючи через отвір діафрагми, набуває швидкості руху більшу, ніж до цього отвору. Наслідком зміни швидкості руху є падіння тиску, строго відповідне зміні швидкості. Таким чином, вимірюючи за допомогою рідинного диференціального манометра зміну тиску в рідині і знаючи діаметри отвору діафрагми і трубопроводу, можна визначити витрату.

Рис. 1.30. Схема пристрою діафрагми

Потік рідини, проходячи через перетин діафрагми, стискається так, що площа перетину струменя S_ст стає менше площі отвору діафрагми S_o. Надалі потік займає весь перетин трубопроводу.

Застосовуючи рівняння Бернуллі до перетинів 1 і 2, отримаємо:

, (1.63)

де

p₁ і р₂ — тиск відповідно в перетинах 1 і 2;

v₁ і v₂ — середня швидкість руху в перетинах 1 і 2;

x_Д — коефіцієнт втрат діафрагми;

a₁ і a₂ - коефіцієнта кінетичної енергії в перетинах 1 і 2.

Коефіцієнт кінетичної енергії враховує нерівномірність розподілу дійсних швидкостей в цих перетинах і є відношенням дійсної кінетичної енергії потоку до кінетичної енергії, обчисленої по середній швидкості.

Маючи на увазі, що:

Q=u₁S₁ = u₂S₂ і u₁ = Q/S₁

а так само замінюючи швидкості:

і

отримаємо:

де

S₁ і S₂ — відповідно площі живих перетинів 1 і 2, м²;

S_o — площа отвору діафрагми, м²;

ε=S/S₀ — коефіцієнт стиснення.

Позначаючи:

(де с — коефіцієнт дросельного приладу) отримаємо:

(1.64)

Таким чином, для визначення витрати в промислових умовах за допомогою діафрагми потрібно знати значення коефіцієнта дросельного приладу і показання рідинного диференціального манометра, виражене висотою водяного стовпа.

Дослід 2. Водомір Вентурі

Водомір Вентурі (рис. 1.31) або, як його ще називають, двоконусний водомір, є прилад, що звужується, але звуження потоку в нім здійснюється плавно, без створення застійних вихрових зон, як це має місце в діафрагмі.

Рис. 1.31. Схема пристрою водоміра Вентурі

Відсутність застійних зон дозволяє різко понизити гідравлічні опори при проходженні рідини через даний прилад, що дає можливість використовувати водомір для вимірювання дуже великих витрат рідини.

Застосовуючи рівняння Бернуллі для ідеальної рідини щодо перетинів 1 і 2, отримаємо:

Різниця тиску, що фіксується диференціальним манометром, є різницею кінетичних енергій в цих перетинах:

Виражаючи швидкість u₂ по рівнянню сплошності через u₁, отримаємо:

де а = S₁/S₂.

Визначимо швидкість в перетині 1:

За швидкістю u₁ знаходимо теоретичну витрату потоку:

Q=u₁S₁ (2.65)

При русі в'язкої рідини витрата буде менша і може бути визначений по формулі дійсної витрати:

(2.66)

де

m — коефіцієнт витрати водоміра - величина, що показує в скільки разів дійсну витрату менше теоретичного.

У даній роботі потрібно визначити значення коефіцієнта витрати:

(2.67)

Для цього необхідно визначити за допомогою об'ємного лічильника витрати дійсну витрату:

і теоретична витрата по рівнянню (2.65).

Відношення площ:

Проведення роботи

Регулюючим вентилем встановлюють витрату рідини через прилади. Записують показання відповідних даному приладу п'єзометрів і визначають витрату рідини. Дані заносять в таблицю 1.11.

Таблиця 1.11

№ досліду	V, м3|	t, с	Діафрагма	Водомір Вентурі
м	м	м	м

Далі змінюють витрату рідини за допомогою того ж вентиля і повторюють всі вимірювання. Кількість дослідів повинна бути не менше 8...10. Всі розрахункові дані заносять в таблицю 1.12.

Таблиця 1.12

№ досліду	Діафрагма	Водомір Вентурі
DHД, м	QД, м3/с	с, м2/с	DHВ, м	QД, м3/с	Qt, м3/с	m

Таріровочні графіки будують в масштабі на міліметрівці. Таріровочні графіки значно спрощують контроль за витратою рідини при використанні діафрагми і водоміра в технологічному процесі, оскільки виключають необхідність проведення розрахунків.