Сұйықтықтың саңылау және саптамалардан ағуы.

1. Жұмыс мақсаты:

Ағыншаның инверсиясымен (өзгеруімен) танысу. Саңылаулар үшін сығылу ε, кедергі ξ, жылдамдық φ, шығын μ коэффициенттері мен саптамалар үшін ε, ξ, φ, μ коэффициенттерін анықтап, салыстыру.

2. Жұмыстың орындалу тәртібі

- осы жұмыспен байланысы бар әдістемелік көрсеткіштер және теориялық материалдар мазмұнымен танысу;

- бақылау сұрақтарына жауап беру;

- стендпен және зертханалық жұмыстың орындалу тәртібімен танысу;

- тәжірибелер жасау;

- зерттеу нәтижелерін қорытып, график және кесте түрінде көрсету;

- рәсімдеу және жұмысты қорғау.

3. Жұмысқа керек жабдықтар:

Зертханалық стенд және әдістемелік көрсеткіштер.

4 Теориялық бөлім

4.1 Жұқа қабырғадағы кіші саңылау арқылы сұйықтықтың ағуы

Саңылаулар кіші деп аталады, егер оның тік өлшемдері 0,1Н кіші болса. Сондықтан саңылаулардың барлық нүктелері бірдей бату тереңдігіне және бірдей жылдамдыққа ие болады.

«Жұқа қабырға» термині қабырғаның геометриялық қалындығын көрсетпейді, ол тек қабырғаның қалыңдығы ағатын ағыншаның пішініне әсер етпейді дегенді білдіреді. Бұл жағдайда сұйықтық қозғалысы мынадай сипатқа ие: сұйықтық резервуарда ие болған потенциалдық энергиясын жоғалтып, ол үлкен немесе кіші шығындарымен еркін ағынның немесе тамшының кинетикалық энергиясына айналады.

Саңылаудан өту кезінде бөлшектің траекториясы саңылаудың өзінде бір-біріне паралель болмай, тек қана саңылаудан әлдеқандай қашықтықта ағыншаның сығылатын жерінде паралель болады. Саңылауға жақындағанда сұйықтық бөлшектері қисық сызықты траектория бойынша қозғалғандықтан, саңылаудан шығысымен сұйықтық ағыншасы кенеттен сығылады. Дөңгелек саңылаудан аққан ағыншаның инерция күші мен беттік керілу күші симметриялы емес орналасуының салдарынан периметрі бойынша бірқалыпты таралады және ағынша сығылу қимасында сондай дөңгелек пішініне ие болады.

Басқа пішінді – квадратты, тікбұрышты, үшбұрышты және т.б саңылаудан өту кезінде инерция күші мен беттік керілу күші периметрі бойынша бірқалыпты болмайды, бұл көлденең қима пішінінің ағынша ұзындығы бойымен жіңішкеруіне әкеледі. Бұл құбылыс ағыншаның инверсиясы (өзгеруі) деп аталады. Дөңгелек саңылаудан ағатын ағыншаның сығылу деңгейі сығылу коэффициентімен анықталады.

₍₁₎

мұнда S_с- сығылған қима ауданы (қабырғадан арақашықтығына байланысты);

S- саңылаудың көлденең қимасының ауданы

Сығылудың түрі мен мөлшері саңылаудың формасы мен өлшеміне және қабырға мен түбіне дейінгі арақашықтығына байланысты. Егер жанындағы қабырғалар мен түбі сұйықтықтың саңылаудан ағуына қатысы болмаса (сол бағыттағы қабырға мен түбінің саңылау контурынан арақашықтығы үш еселі өлшемге ие болса), онда бұндай қысылу жетілген деп аталады.

Сығылу - түріне қарай толық, толық емес болып бөлінеді. Толық сығылу егер ағынша бүкіл саңылау периметрі бойынша сығылуға ұшыраса болады, ал толық емес сығылу, егер ағынша бір жағынан немесе бірнеше жағынан бүйірлік сығылуға ұшырамаса, мысалы, егер саңылау қабырғада немесе ыдыс түбінде орналасса, ол ағыншаның бағыттаушысы болып табылады.

Жұқа қабырғадағы кіші дөңгелек саңылаудағы жетілген сығылу коэффициенті ε=0.62…0.64

Үлкен мәні саңылаудың кіші өлшемдері мен кіші арынына сәйкес келеді. Ыдыстағы тәуелсіз сұйықтық деңгейі мен қысылған қима жазықтығы үшін қысылған қима жылдамдығын анықтауда Бернулли тендеуі қолданылады.

₍₂₎

Мұнда φ-жылдамдық коэффициенті

Идеал сұйықтықтың ағу кезінде ζ=0, сондықтан φ=1 және ағудың теориялық жылдамдығы

Жоғарғы теңдеулерден шығатын қорытынды: жылдамдық коэффициенті φ- бұл шынайы жылдамдықтың теориялыққа қатынасы:

₍₃₎

ζ –жергілікті кедергі коэффициенті;

g- ауырлық күші үдеуі;

H- ағу арыны.

Саңылаудан ағудың шынайы жылдамдығы v_c теориялық жылдамдығынан кедергі себебінен біршама кіші, сондықтан, жылдамдық коэффициенті ылғи бірден кіші болады.

Шынайы жылдамдықпен ағынша қимасының ауданың көбейтіп, сұйықтық шығынын есептейік:

,

болғандықтан

₍₄₎

ε және φ көбейтіндісін μ-ға тең, шығын коэффициенті деп атайды, яғни

₍₅₎

Осыдан шығын

немесе

₍₆₎

Р- салдарынан саңылаудан ағу болатын есептеу қысымы.

Алынған теңдеу осы бөлім үшін негізгі болып табылады, өйткені оның көмегімен негізгі есеп- шығынды есептейді. Теңдеуден μ мәні

Осыдан шығатын қорытынды: шығын коэффициенті бұл - шынайы шығынның теориялыққа қатынасы, яғни ағыншаның сығылуы мен кедергісі болмайтын кезде болатын шығынға Q_m. Шынайы шығын теориялықтан кіші, сондықтан екі фактор: ағыншаның сығылу мен кедергісі әсерінен шығын коэффициенті бірліктен кіші болады. Бір жағдайда бірінші фактор көп әсер етеді, ал басқада- екінші. Тәжірибе көрсеткендей, шығын коэффициенті μ кіші саңылау үшін мынаған тең μ=0,6-0,62

Осыдан μ-дің үлкен мәні саңылаудың кіші өлшемдеріне және кіші арынына сәйкес келеді.

Қарастырылған сығылу ε, кедергі ξ, жылдамдық φ, шығын μ коэффициенттері саңылаудың түріне, сонымен қатар гидравликаның өлшемсіз коэффициенттеріндей, гидродинамикалық ұқсастықтың негізгі белгісі Re Рейнольдс санына тәуелді. Жылдамдық коэффициенті φ дөңгелек саңылау үшін мына мәнді қабылдайды: φ=0.97-0.97 (ζ=0.065 болғанда)

Тұтқырлығы аз сұйықтықтардың (су, бензин, керосин және т.б) дөңгелек қабырғадағы дөңгелек саңылау ағу кезінде ағыншаның біршама сығылу орны мен аздаған кедергіге ие болады. Сондықтан ағыншаның әсерінен шығын коэффициенті μ мұнда бірліктен біршама кіші болады.