Выполнение работы. Порядок проведения измерений.
1) Перед выполнением работы просмотреть раздел «Изучить установку» в лабораторной работе № 1.
2) Объектом испытаний в данной работе является стальной трубопровод IV (см. рисунок ниже).
Схема данного трубопровода представлена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4. Схема исследуемого трубопровода
Все размеры на схеме указаны в мм. Исследуется трубопровод переменного сечения (внутренние диаметры 8 и 15 мм) от сечения 14–14 до сечения 17–17. Нумерация сечений соответствует номерам шаровых вентилей (см. схему гидравлическую принципиальную, рисунок 1.9). Длина исследуемого трубопровода – 1155 мм. Трубопровод содержит одно местное сопротивление – внезапное расширение ВР.
До включения стенда необходимо:
– открыть вентиль В13 (вентили В1, В5 и В8 должны быть закрыты);
– открыть вентили В14, В15, В16 и В17 и подключить сечения 14–14,15–15, 16–16 и 17–17 соответственно к датчикам Д1, Д2, Д3 и Д4 (все вентили на остальных трубопроводах должны быть закрыты).
Затем необходимо включить питание стенда («СЕТЬ») и насос Н (кнопка «Пуск»). После 3…5 минут работы стенда нужно перейти к выполнению опытов.
Следует провести при различных значениях расхода два опыта. Изменение расхода осуществляется с помощью вентиля В13.
Первый опыт необходимо провести при максимальном расходе (при полностью открытом вентиле В13).
Во втором опыте необходимо уменьшить расход примерно в два раза. Для этого необходимо прикрыть вентиль В13, наблюдая при этом за скоростью вращения стрелки расходомера РА.
В каждом опыте необходимо измерять:
– давления р1 – р4 по цифровым индикаторам (Д1, Д2, Д3 и Д4);
время τ прохождения через расходомер объема воды V, с.
Объемом V необходимо задаться, приняв его, например, равным в обоих опытах 10·10–3 м3 (10 л);
– температуру воды Т, о С (по термометру).
Результаты измерений занести в таблицу 2.1.
Обработка результатов
Расход воды в трубопроводе равен:
Q = V/τ = u ·S
Средняя скорость потока: u = Q/S
где S – площадь сечения i-го трубопровода, м2.
При определении средних скоростей следует учитывать, что в сечениях 14–14 и 15–15 внутренний диаметр трубопровода d = 8 мм, а в сечениях 16–16 и 17–17 d = 15 мм.
Кинематическая вязкость χ определяется с учетом температуры (см. работу № 1).
Число Рейнольдса: Re = ρ · ui · di / η = ui · di /χ,
Коэффициент Кориолиса α при Re < 2320 равен 2, а при Re > 2320 – α ≈ 1.
Геометрические напоры zi равны значениям вертикальных координат (в выбранной системе координат). В связи с тем, что исследуемый трубопровод расположен горизонтально, для всех сечений zi = const. Место расположения плоскости сравнения (а, следовательно, и величину zi) необходимо согласовать с преподавателем. Если ось трубопровода расположить на плоскости сравнения, то zi = 0.
При вычислении пьезометрических напоров pi / (ρ g) плотность воды принять равной 1000 кг/м3 (или взять из табл в лабор.раб.№ 1).
Полные напоры Hi и мощности потока Ni вычисляются по формулам (2-1) и (2-6):
Hi = zi + (Рi/ ρg) + (α ui2 / 2g)
Ni = Hi•ρgQi
Таблица 2.1 Результаты исследований.
Номер опыта |
i – номер сечения трубопровода |
рi – величина давления, МПа |
V– объем воды, проходящей через расходомер, м3 |
τ -время прохождения объема Wж через расходомер, с |
Т – температура воды, °С |
Q – расход воды, м3/с |
u-средняя скорость, м/с |
χ– кинематическая вязкость, м2/с |
Re – число Рейнольдса |
α – коэффициент Кориолиса |
zi – геометрический напор, м |
p i / ( ρ · g ) – пьезометрический напор , м |
α · υ2 / ( 2 · g ) – скоростной напор, м |
zi + p i / ( ρ · g ) – удельная потенциальная энергия потока, м |
Hi – полный напор , м |
Ni – мощность потока, Вт |
1 |
4 |
|
10·10-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 |
4 |
|
10·10-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7 |
|
|
|
|
|
|
Результаты вычислений занести в таблицу 2.1 и построить для обеих опытов напорную и пьезометрические линии трубопровода (зависимость от длины L трубопровода) :
H = f1(L), z + p/ ρ g = f2(L), а также зависимость. Ni= f3(L)
При построении графиков необходимо учитывать, что начало трубопровода находится в сечении 14–14, а конец – в сечении 17–17 (размеры между сечениями приведены на рисунке 2.4).
Контрольные вопросы
1. Назвать приборы и оборудование лабораторного стенда.
2. Каков физический смысл геометрического, пьезометрического, скоростного и полного напоров?
3. Каким образом можно экспериментально определить напоры?
3. Пояснить физический смысл уравнения Бернулли.
4. Каким образом можно построить напорную и пьезометрическую линии?
5. Каким образом можно определить гидравлический и пьезометрический уклоны?.
6. Показать связь полного напора и мощности.
7. Каким образом экспериментально можно определить потери напора и мощности?.