Визначення коефіцієнта місцевих втрат вентиля

Мета роботи:	Експериментально визначити коефіцієнт місцевих втрат вентиля (крану).
Прилади та обладнання:	Лабораторна установка для визначення місцевих опорів, штангенциркуль.

Теоретичні відомості

Місцевими опорами називаються будь-які перешкоди, які зустрічаються на шляху руху рідини, що змінюють її швидкість за величиною та за напрямом.

До них відносять: запірну арматуру (вентилі, крани, засувки), місця з’єднання труб, повороти, відводи тощо.

Втрати напору потоку рідини у будь-якому місцевому опорі визначаються за формулою Вейсбаха:

, (7.1)

де - швидкісний напір (питома кінетична енергія потоку) ;

ζ – безрозмірний коефіцієнт місцевих втрат, який залежить від виду місцевого опору та числа Рейнольдса.

Коефіцієнти місцевих опорів у більшості випадків визначаються експериментально.

Розглянемо лабораторний метод визначення коефіцієнта місцевих втрат вентиля.

Для цього на горизонтально розташованій круглій трубі 1 діаметром d закріплюється місцевий опір, наприклад, вентиль 2 (Рис.7.1). Для вимірювання втрат напору h_M вентиля 2 до нього і після встановлюється два п’єзометри 3, 3а. Щоб розрахувати середню швидкість рідини υ, до одного з них додають трубку Піто 4.

Рис. 7.1.

Запишемо рівняння Бернуллі для двох перерізів труби до і після вентиля:

. (7.2)

Для горизонтально розташованих однакового діаметра труб: z₁=z₂ і = = , α – коефіцієнт Коріоліса, залежить від режиму руху рідини.

Позначивши через - різницю п’єзометричних висот та нехтуючи втратами напору вздовж потоку (h_1-2 ≈ h_M), отримаємо:

, (7.3)

де h – різниця показань п’єзометрів 3 і 3а, м.

Коефіцієнт місцевих втрат визначимо за формулою (7.1):

. (7.4)

Квадрат середньої швидкості знайдемо за різницею рівнів у трубці Піто та п’єзометру 3а:

.

Підставляючи її значення в формулу (7.4), отримаємо:

. (7.5)

Для турбулентного режиму приймають α=1, а для ламінарного α=2.

Опис лабораторної установки

Принципова схема лабораторної установки для визначення коефіцієнта місцевих втрат вентиля показана на рис. 7.1.

Порядок виконання роботи

1. За допомогою викладача або лаборанта ознайомитися з лабораторною установкою.

2. Поступово відкрити вентиль 2 до граничного мінімального заповнення трубки рідиною.

3. Виміряти різницю показань h_СК трубки Піто і п’єзометра 3а та розрахувати середню швидкість рідини:

.

4. За формулою розрахувати число Рейнольдса та впевнитися, що режим руху рідини ламінарний.

5. Виміряти різницю показань п’єзометрів 3 і 3а та, прийнявши α=2, розрахувати за формулою (7.5) коефіцієнт місцевих втрат вентиля ζ.

6. Поступово, відкриваючи вентиль 2, домогтися турбулентного руху рідини.

7. Повторити операції, які викладені в пп. 3-5 з тією лише різницею, що число R_е повинно бути більше 2320, а α прийняти рівним одиниці.

8. Результати вимірювань та розрахунків записати в таблицю 1 і зробити висновки.

Таблиця 1

Види режимів руху рідини	Rе	hСК, м	h, м	ζ
Ламінарний
Турбулентний