Описание опытной установки

Опытная установка (рис. 3) состоит из напорного бака 1 с водой, трубопровода 2, на котором установлены шаровый кран 3, 4 и пьезометры 6, мерного бачка 5. После от­крытия крана 3 вода из бака поступает в трубопровод 2, при этом в трубках пьезометров 6 вода устанавливается на некотором уровне. Кран 4 служит для регулировки скорости движения воды в трубопроводе.

Порядок выполнения работы

Открыть кран 3, с помощью крана 4 установить небольшой расход Q воды в трубе 2. С помощью секундомера определить время t наполнения слоя воды с в мерном баке 5. Заметить разность уровней жидкости h в пьезометрах 6.

Увеличивая расход воды Q с помощью крана 4 провести 8 аналогичных замеров. Закончив измерения, закрыть кран 4.

Обработка опытных данных

1. Определить объем воды V, см³, заполнения мерного бака. Размеры мерного бака: а=19 см, b=44 см.

.

2. Определить расход Q, зная время t, с, заполнения объема воды V в мерном баке по формуле:

.

3. Определить скорости движения воды в трубе 4

,

где – площадь поперечного сечения трубы, d=33 мм.

4. По опытным данным вычисляют коэффициент гидравлического трения по формуле:

, (11)

где – потери напора, определяемые по пьезометрам;

– длина участка между пьезометрами равна 230 см;

– диаметр трубопровода;

– средняя скорость движения жидкости по трубопроводу;

g – ускорение свободного падения, м/с².

5. Определить значение числа Рейнольдса

,

где ν – кинематический коэффициент вязкости воды, .

6. Рассчитать теоретические значения коэффициентов гидравлического трения для каждого измерения, предварительно определив формулу, по которой следует находить . Шероховатость трубы принять Δ=0,15 мм.

7. Данные свести в таблицу:

№ опыта	Высота слоя воды, с, см	Объем жидкости, V, см3	Время наполнения, t, с	Потери напора по пьезометрам, h, см	Расход, Q, см3/с	Скорость, , см/с	Re	Опытные значения	Теоретические значения
1
2
3
4
5
6
7
8

8. Построить график зависимости .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

«ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ»

Цель работы:

1. Получить опытным путем значения коэффициентов местных сопротивлений (дзэта): вентиля – ; плавный поворот – _.; внезапного расширения – _.; внезапного сужения – _..

2. Сравнить значения _. и _., полученные в опытах, с теоретическими.

Общие сведения

Всякое изменение направления потока жидкости и его скорости (всякая деформация) влечет за собой уменьшение энергии потока. Потерянная механическая энергия обращается в тепловую, которая рассеивается в окружающей среде (стенках трубопровода, атмосфере, грунте). Участки трубопровода, на которых происходят потери энергии потока жидкости, называются гидравлическими сопротивлениями.

Гидравлическое сопротивление называется местным, если участок трубопровода, занимаемый им, одного порядка с диаметром трубопровода. Примерами местных сопротивлений могут служить сужение и расширение потока (изменение скорости потока по величине), колена, изменение скорости потока по направлению, тройники (то и другое вместе), вентили, задвижки, краны, клапаны и др.

Потери энергии, возникающие при деформации потока жидкости на местных сопротивлениях, отнесенные к единице веса жидкости, называются местными потерями напора.

Напор, теряемый на местных сопротивлениях , выражается в долях скоростного напора и определяется как:

, (1)

где – коэффициент местного сопротивления, являющийся для данного сопротивления величиной постоянной.

Скоростной напор жидкости до и после местного сопротивления остается постоянным (если ), восстанавливаясь, несмотря на изменения в пределах местного сопротивления, за счет перехода в него пьезометрического напора.

Коэффициент местного сопротивления показывает, какая часть потерянного на данном местном сопротивлении пьезометрического напора приходится на единицу скоростного, то есть:

, (2)

где – потерянный пьезометрический напор;

– разность пьезометрических напоров до и после местного сопротивления;

– средняя скорость движения жидкости в трубопроводе.

При ламинарном движении коэффициент является функцией числа :

, (3)

где А и В – соnst, различные для разных местных сопротивлений.

При малых значениях Re второе слагаемое оказывает существенное влияние на .

Для случая внезапного расширения – сужения коэффициент местного сопротивления может быть определен теоретически.

Рис. 1. Внезапное расширение

При внезапном расширении основные потери напора возникают за счет соударения частиц жидкости, движущихся со скоростью , с частицами жидкости, движущихся со скоростью , незначительная часть энергии расходуется на вихреобразование (рис. 1).

Французский ученый Борд, исходя из теории удара, получил зависимость для определения потерь энергии при внезапном расширении потока в напорном трубопроводе:

, (4)

где и – средние скорости потока соответственно на узком и широком участках трубопровода.

Теорему Борда можно сформулировать следующим образом: потеря напора при внезапном расширении потока равна скоростному напору, соответствующему потерянной скорости.

Воспользовавшись уравнением неразрывности:

,

формулу (4) можно привести к одному из следующих двух видов:

(5)

. (6)

Если ввести обозначения:

; ,

то выражения (5) и (6) могут быть приведены к общему виду формул для определения потерь напора:

или (7)

При внезапном сужении (рис. 2) происходит сжатие струи (ее площадь уменьшается до ). Учитывая, что потери напора обусловлены в основном расширением струи, коэффициент _. можно определить по формуле:

(8)

Заменяя степень сжатия струи коэффициентом сжатия:

, получим: .

Рис. 2. Внезапное сужение

На рисунке 3 представлена зависимость при .

Рис. 3. График