2. Определение расхода жидкости с помощью диафрагмы

Диафрагма относиться к расходомерам переменного перепада статических напоров и представляет собой местное сужающее сопротивление. В месте расположения диафрагмы происходит деформация потока её острыми кромками, что сопровождается перестройкой закона распределения скоростей и образованием зон, заполненных вихревыми массами жидкости (рис.1.4).

Рис. 1.4

Разность статических напоров равна разности высот уровней жидкости в пьезометрах, установленных в сечениях 1 и 2, и имеет определенную функциональную зависимость с расходом жидкости. Вид этой зависимости можно установить, записав уравнение Бернулли для сечений потока 1 и 2. В итоге получим:

. (1.9)

При этом коэффициент k равен:

, (1.10)

где – коэффициент расхода;S₀ – площадь проходного сечения диафрагмы.

В свою очередь, коэффициент зависит от конструктивных особенностей диафрагмы и канала, по которому течет жидкость, режима течения и др.

В лабораторной работе снимают показания пьезометров до (h₁) и после (h₂) диафрагмы, затем находят их разницу = h₁ – h₂ и вычисляют* расход по формуле (1.9), полагая коэффициент k равным 145 (в этом случае единицей измерения расхода является см³/с при подстановке в см.).

Диафрагма является конструктивно наиболее простым прибором из списка сужающих устройств для измерения расхода, однако вследствие существенного гидравлического сопротивления вызывает более значительные потери напора по сравнению, например, с трубой Вентури. Кроме того, острая кромка отверстия диафрагмы быстро изнашивается, что влечет за собой изменение коэффициента k.

_____________________________________________________________

* Для нахождения расхода также можно воспользоваться графической зависимостью (тарировочной кривой диафрагмы)Q=Q(h), которая представлена на стенде.

3. Определение расхода с помощью ротаметра

Ротаметр относиться к расходомерам обтекания. Он представляет собой стеклянную трубку, внутри которой перемещается поплавок (рис.1.5).

Рис. 1.5

На поплавок действуют следующие силовые факторы:

• гравитационная сила mg (не меняется в зависимости от расхода и свойств пропускаемой жидкости: плотности, вязкости);

• архимедова (выталкивающая) сила R_арх (зависит от массы жидкости, вытесненной поплавком);

• гидродинамическая сила, обусловленная потоком жидкости, движущимся с определенной скоростью. Эта сила зависит от формы поплавка (степени его обтекания), вязкости жидкости, адгезионных свойств поверхности поплавка (степени «прилипания» жидкости к материалу поплавка) и других трудно учитываемых факторов.

Раздельное выделение всех перечисленных выше силовых факторов затруднительно и нецелесообразно. Действительно, независимость гравитационной и архимедовой сил от расхода означает, что то или иное положение поплавка будет определяться только гидродинамической силой, которая в свою очередь зависит от расхода, проходящего через ротаметр. Следовательно, зная положение поплавка в трубке ротаметра, можно определить расход жидкости. В лабораторной работе данная зависимость определяется по тарировочной кривой Q=Q(h), где h – высота поднятия поплавка.

Внутренняя поверхность трубки ротаметра имеет форму правильного конуса*, а поплавок – форму цилиндра. Тем самым различные положения поплавка относительно трубки будут соответствовать разным проходным сечениям ротаметра. ___________________________________________________________

*Чтобы получить наиболее простую – близкую к линейной – зависимость между высотой подъема поплавка и площадью щели, применяется коническая форма трубки ротаметра. Угол конусности обычно составляет 0,5 – 5,5 град.

С ростом расхода жидкости увеличивается гидродинамическая сила, действующая на поплавок, что приводит к перемещению поплавка вверх и, следовательно, увеличению площади кольцевого сечения между поплавком и трубкой. С другой стороны, увеличение этой проходной площади приводит к снижению перепада давлений, действующих на поплавок, и, значит, к его перемещению в направлении уменьшения проходной площади щели.

Тем самым, для каждого значения расхода будет иметь место такое положение поплавка, при котором уравновешиваются силовые факторы, действующие на открытие и закрытие кольцевой щели.