№1 Зертханалық жұмыс

Жергілікті гидравликалық кедергі коэффициентін анықтау.

1. Жұмыстың мақсаты:

«Гидравликалық кедергі» бөлімі бойынша теориялық білімді тәжірибе және есеп арқылы бекіту.

2. Теориялық бөлім.

Жергілікті деп құбырдың пішіні өзгергенде немесе ағын бағытының геометриялық арнасының күрт өзгерісі орындарындағы сұйықтықтың арынын немесе қысымын жоғалтуын айтады. Оның себебі, сұйықтық бөлшектерінің құбырдың өзгерісі бар жерлерде өзінің тұрақтылығын түзу учаскіге қарағанда тез жоғалтуы немесе бөлшектердің өзара және арна қабырғасымен соқтығысуы кезіндегі ретсіз қозғалысы әсерінен энергия жоғалтуына байланысты.

h_ж арынын жоғалту немесе ∆P_ж қысымды жоғалту тәжірибелік есептеуде Вейсбах формуласымен анықталады, онда олар жылдамдықты арынға немесе жылдамдықты қысымға байланысты қойылған

h_м=ξν² /2g (1)

∆P_м=ξpν² /2g (2)

Мұндағы ξ- жергілікті кедергі коэффициенті.

Көпшілік тәжірибелік жағдайларда Re>Re_а, яғни ағын турбулентті және ξ коэффициенті геометриялық факторына байланысты кестеден анықталады.

Рейнольлстің шекті сандары жергілікті кедергі үшін өте кіші және бұл жағдайда ламинарлы режим ағынның өте кіші жылдамдығында пайда болады. Бұл жағдайда ξ коэффициенті Альтшуль түзетуімен анықталады. Жалпы жағдайда жергілікті кедергі кезіндегі есептелген жоғалтуларының қосындысы алынады. Бірақ жақын орналасқан кедергілер үшін (шамамен, l<(20....50)d_э) ξ=∑ξi . Бұл жағдайда жалпы коэффициентті практикада тәжірибелік жолмен анықтау керек және ол зертханалық жұмыстың негізгі міндеті. Қарапайым кедергі үшін негізгі міндет: жоғалтуы анықталған есептелген кедергі кезіндегі жергілікті кедергі коэффициентін анықтау.

1 - формула осыған байланысты мына түрде жазылады.

ξ= h_м /(v²/2g). (3)

Тәжірибе жүзінде hм жоғалтуын және v ағын жоғалтуын анықтау керек.

H₁=H₂+h_м, осыдан

h_м =(z₁-z₂)+(P₁-P₂)/γ+(α ₁ν₁²-α ₂ν²₂)/2g (4)

3. Жұмыстың мазмұны мен орындалу тәртібі.

Зертханалық жұмыс стендті қолдану арқылы орындалады. Оның сызбасы 2 - суретінде көрсетілген. Бұл жерде құбыр өткізгіш тік жазықтықта жасалған және жергілікті кедергілерден құралған: А- кенеттен ұлғаю; Б- кенеттен кішірею; В₄-вентиль; Г- 90˚ градусқа бұрылу; Д-180˚ градусқа баяу бұрылу. Құбыр өткізгіш H тұрақты арынды қамтамасыз ететін су қоймасымен вентиль арқылы жалғанған және В₅ вентиль арқылы МБ өлшеулі күбішеге шығады. Өлшеулі күбіше В₁₂ вентилі арқылы ағызу сызығымен байланысқан. Жергілікті кедергілер аралығында П₄....П₉ шыны аяқтары бар пьезометриялық түтіктер орнатылған. Олар панельде сәйкесінше 4....9 нөмірлерімен көрсетілген.

Жұмыстың басты міндеттері:

1. А, Б, В₄, Г, Д сәйкесінше ξа, ξб, ξв₄, ξг, ξд жергілікті кедергілердің коэффициентін анықтау.

2. Q шығынына байланысты B₄ h_м(В₄) вентилінде жергілікті жоғалтулар тәуелділіктерінің графигін құру.

3. П₄...П₇ пьезометрлер арасындағы құбыр өткізгіш бөлігі үшін толық және пьезометрлік арын сызығын тұрғызу.

Жұмысты орындау үшін келесі есептеулер мен өлшеулер анықталады. Арындар: толық H, геометриялық Z_i, пьезометриялық P_i/γ, жылдамдықты (α_i ν_i²)/2g. Ағын алдын ала турбулентті болып саналғандықтан шартты түрде Кориолис коэффициентінің мәнін α_i=1 деп аламыз.

Геометриялық арын Z_i сызғыш көмегімен тура өлшеу арқылы анықталады. Мысалы, П₄...П₇ пьезометрлер қимасының суретінде нөлдік деңгей салыстырмалы жазықтықпен бір деңгейде болады. Ал П₈ - П₉ пьезометр қималары үшін геометриялық арынның таңбасы қарама-қарсы болады.

П_i=z_i+ P_i/γ мәні панельдегі шкала көрсеткішімен есептеледі. Олардың мәні әр пьезометр үшін сантиметрмен берілген.

Жылдамдықты арынды анықтау үшін алдын ала Q₀ шығынын өлшеу керек. Ол үшін өлшеуіш сыйымдылық әдісі қолданылады. Осы мақсатпен өлшеулі күбішенің h₁ деңгейінен h₂ деңгейге дейінгі толу уақыты анықталады.

Күбіше көлемі есептеледі:

V_δ= b₁b₂ h_δ,см (5)

Мұндағы b₁=b₂=20см - күбіше қабырғалары,

h = h_δ2 - h_δ1,см онда Q₀ жұмсалуы былай болады:

Q_о = V_δ / t, см /c (6)

i - ші қима бойымен орташаланған ағын жылдамдығы ағын беріктігі теңсіздігінен анықталады:

v_i = 4Q_о / πd²_i (7)

мұндағы - өту қимасының диаметрі, см.

Сынау кезінде сантиметрмен алынған барлық өлшемдерді метрге айналдыру керек.

Әрбір і- ші қима үшін толық арындар:

H_i = z_i +P_i/γ +α_iv²_i/2g (8)

І-нші жергілікті кедергінің арынын жоғалтуы мына формуламен анықталады.

h_м(i) = H_i – H_i+1 (9)

мұндағы і кедергі реті пьезометр көрсеткішімен анықталады. Мысалы А кедергі үшін

h_м(A) = H₁ – H₂

Жоғалтулар анықталғаннан кейін h_м(i) (3) формуласындағы жергілікті кедергі ξ_i мәнімен анықталады. Дәлділік үшін сынақ n рет қайталанады және (3) формуласына j-дің орташа арифметикалық мәні қойылады:

(10)

Z - X координаттар системасында пьезометриялық және арынды сызықтарды құру үшін П₄…П₇ құбыр өткізгіш бөлігі кескінделеді. П₄…П₇ қима үшін z_i, P_i/γ, v²_i/2g, Н_i және h_м(i) масштабты мәндері ескерілмейді. Пьезометрлік сызық P_i/γ нүктелерінің қосылуымен құрылады, толық арын сызығы Н_i нүктелерінің қосылуымен құрылады.

В₄ вентилінің h_м(Q) тәуелділігінің графигін құру үшін 0.5Q_о…2.5Q_о шығын диапазоны қолданылады және (7) формуласын қолданумен (1) формуласы жоғалтулар есептеулері жүргізіледі. h_M графигі құрылады.

Сынақ жүргізудің реттілігі келесідей:

1. Z_i және D_i геометриялық параметрлердің өлшеулерін жүргізу;

2. Құбыр өткізгіштің толып тұрғанына көз жеткізіңіз. Ол үшін МБ өлшеулі күбішеде су болмау (вентиль В₁₂) керек және пьезометрлерде (вентиль В₃) су бар болу керек.

3. В₅ вентилін баяу ашып, пьезометрлер деңгейін шамамен 0.....25 см мәніне дейін түсіріп шығынды реттеу.

4. В₁₂ вентилінің көмегімен күбішені жауып, сызғышпен судың деңгейін өлшеу және секундомерді сөндіру керек. Соңғы екі амал бір уақытта орындалу керек.

5. Күбішенің толу уақытында П₄…П₉ пьезометр көрсеткіштерін 1- кестесіне жазу.

6. Су деңгейінің күбішенің жоғарғы шығу тесігіне жақындаған кезінде h_δ2 деңгейін өлшеп секундомерді тоқтату қажет.

7. Берілген формулалар бойынша есептеулер жүргізіп, 1 және 2 кестесін толтыру керек.

Кесте 1- Есептеу параметрлерін өңдеу және өлшеу нәтижелері

№	Параметрлер	Құбыр өткізгіштің кималары
		1	2	3	4	5	6
1	Қима диаметрі di , м
2	Геометриялық арын zi, м
3	Пьезометрлердің көрсеткіштері Пi,м
4	Күбішедегі су деңгейінің әртүрлілігі, hi.м
5	Толтырылу уақыты t, с
6	Сұйықтықтың көлемі V, м³
7	Ағын шығыны Q0, м³/с
8	Ағынның жылдамдықтары ν, м/с
9	Жылдамдық арыны v²/2g, м
10	Толық арын Н, м

Кесте 2 - Жергілікті кедергі коэффициенттерін есептеу нәтижелері

№	Тәжірибе нәтижесі	Құбыр өткізгіш қимасы
Пп		А	Б	В4	Г	Д
1	Арын жоғалтулары hж, м
2	Жергілікті жоғалту коэффициенті ξ

Сурет 2 - Зертхана стендінің схемасы

№2 Зертханалық жұмыс.