5. Лабораторна робота № 5 «визначення коефіцієнтів місцевого опору»

МЕТА роботи: визначити коефіцієнти місцевого опору (система вхід з резервуара в трубу-кран-насадка) у залежності від різного ступеня відкриття крану, визначити абсолютну і відносну похибку при проведенні непрямих вимірювань.

Теоретичні основи роботи

При русі реальної рідини, крім втрат на тертя по довжині потоку, можуть виникати місцеві втрати напору. Причиною останніх у трубопроводах є різного роду конструктивні вставки (коліна, трійники, звуження і розширення трубопроводу, засувки, вентилі і т.д.), необхідність установки яких викликається умовами спорудження й експлуатації. Місцеві опори викликають зміну швидкості руху рідини по величині (звуження і розширення), напрямові (коліно) або по величині і напрямові одночасно (трійник).

При практичних розрахунках місцеві втрати визначають по формулі, що виражає втрату пропорційно швидкісному напорові,

, (5.1)

де – втрати напору, – середня швидкість руху рідини в перетині потоку за місцевим опором, - безрозмірний коефіцієнт, який називається коефіцієнтом місцевого опору. Величина коефіцієнта встановлюється дослідним шляхом і залежить від виду місцевого опору.

Розглянемо витікання води з резервуару через насадку при постійному напорі .

Швидкість витікання води з отвору (насадки) визначається за формулою

, (5.2)

де називають коефіцієнтом швидкості. Він враховує у формулі (5.2) вплив опору на швидкість витікання. Площа перерізу стиснутої частини струменя менше площі вхідного отвору насадки . Для кількісної оцінки ступеня стиску струменя в теорії витікання використовують коефіцієнт стиснення струменя

. (5.3)

Витрата води при витіканні з отвору (насадки) будь-якого типу знаходиться в прямій залежності від швидкості струменя і площі вихідного перерізу насадки. Визначається витрата води за формулою:

. (5.4)

Добуток називають коефіцієнтом витрати. Для циліндричної насадки

, (5.5)

де – діаметр насадки, тому =1.

З формули (5.5) видно, що напір води в насадці витрачається на подолання опору й утворення струменя. Таким чином, швидкість струменя, витрата і напір води є важливими параметрами для розрахунку пожежних струменів і насосно-рукавних систем.

У формулі (5.2) (відповідно сума коефіцієнтів місцевих опорів входу з резервуара в трубу, насадки і крана), тобто коефіцієнт для системи насадка-кран набуває вигляду

. (5.6)

Взагалі, з урахуванням формул (5.2), (5.3) можна визначити

, (5.7)

де – об'єм рідини, що витікає з насадки діаметром за час при постійному напорі . Якщо відомі (зі спеціальних гідравлічних довідників) коефіцієнти і , то остаточно коефіцієнт визначається за формулою

. (5.8)

На рис. 5.1 приведена схема лабораторної установки.

1 – напірний резервуар, 2 – скляна трубка з водою, що показує рівень води в напірному резервуарі, 3 – лінійка для заміру напору в резервуарі, 4 – манометр тиску, 5 – вентиль з трубою для подачі води в напірний резервуар, 6 - вентиль з трубою для зливу води з напірного резервуару, 7 – струмінь, 8 – насадка із зєднувальною голівкою, 9 – кран, 10 – лоток, 11 – мірна ємність.

Рисунок 5.1.