Лабораторная работа 4 определение коэффициента расхода
ВОДОМЕРА ВЕНТУРИ
Цели работы
1. Построить зависимости Qд=f(∆h) по нескольким экспериментальным точкам.
2. Определить коэффициент расхода водомера и построить график зависимости μ=μ(∆h) .
В
одомер
Вентури служит для определения расхода
жидкости в напорном трубопроводе. Он
представляет собой трубу переменного
сечения, (рис.8), где широкая труба
переходит в трубу меньшего диаметра и
затем также плавно увеличивается до
прежнего диаметра.
∆h
S1,V1,p1
S2,V2,p2
Рис.
8
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.
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:
QT = V1S1=V2S2,
где индекс 1 относится к широкой, а индекс 2 к узкой части водомера, (рис. 8),
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
Qт
теоретический расход;
постоянная водомера; d1,d2
— диаметры широкого и узкого сечений;
∆h
— разность показаний пьезометров. Как
видно из последней формулы, где К
постоянная для данного водомера величина.
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 Qд и Qт 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 QД, возможно данным водомером производить измерения расхода в практических целях.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Вода из напорного бака 1 поступает в водомер 2. С помощью крана 3 изменяется расход Qд, проходящий через водомер, затем этот расход поступает в нижний резервуар. К широкой и узкой частям водомера подключены пьезометры, с помощью которых определяется величина ∆h (рис. 9).
1
∆h
2
z1
z2
0
3 0
Рис.
9.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. С помощью крана устанавливаются разные расходы Q через водомер.
2. Определяется действительный расход Qд для каждого опыта (объемным способом).
3. Фиксируется разность показаний пьезометров ∆h. Число экспериментальных точек задается преподавателем (не меньше пяти).
Для определения коэффициента расхода водомера необходимо вычислить действительный расход опытным путем, затем для тех же показаний пьезометров ∆h вычислить значение теоретического расхода Qт по формуле.
При выполнении работы необходимо:
а) построить график Qд=f1(∆h) по опытным данным,
б) построить график QT=f2(∆h) по формуле,
в) построить график μ=f3(∆h) .