Лабораторна робота 1

Вимірювання розходу рідини з використанням рівняння Бернуллі

Мета роботи. Ознайомитись з принципами вимірювання розходу рідини за допомогою реометру, що працює використовуючи модель загального гідродинамічного напору на основі рівняння Бернуллі.

Сучасний розвиток будь-якої технології вимагає забезпечення переміщення технологічних рідин і газів по трубопроводах. Для контролю цього транспортного процесу необхідно отримувати інформацію про дійсний розхід речовини на різних ділянках трубопроводів. Вимірювання цієї величини часто здійснюється спеціальними приладами – витратомірами, що працюють із використанням закону (рівняння) Бернуллі, найважливішим висновком з якого є незмінність енергетичних характеристик потоку рідини вздовж всієї довжини його переміщення.

Використання дроселюючи пристроїв (вузьких отворів, які встановлюють на шляху переміщення рідини) і вимірювання різниці тисків перед і після дроселю дозволяє досить точно виміряти розхід речовини.

В рамках виконання даної роботи ми ознайомимось з принципом роботи такого пристрою.

Без урахування внутрішніх втрат енергії на подолання тертя рівняння Бернуллі можна записати у виді

У цьому рівнянні Z_i - геометричний (нівелірний) напір, який відображає потенційну енергію рідини у точці вимірювання у гравітаційному полі Землі; P_i/ - статичний напір, зумовлений вагою рідини; W_i²/2g - динамічний або швидкісний напір, зумовлений кінетичною енергією руху рідини. Перші два члени об’єднують у гідростатичний напір, другий тоді можна назвати гідродинамічним. З рівняння Бернуллі випливає, що сума гідростатичного і гідродинамічного напру – величина незмінна. Тобто, частина одного напору може перетворюватись у інший.

На цьому принципі заснована робота витратомірів із змінним перепадом тиску. Основний елемент таких пристроїв – дросельна перегородка з отвором, яка монтується в трубі на шляху потоку рідини або газу. При проходженні потоку через таку перегородку збільшується швидкість, а отже й динамічний напір. При цьому відповідно зменшується значення статичного напору. Різниця між статичними напорами до і після дроселя фіксується за допомогою диференціального манометра, один вивід якого приєднується до дроселюючого пристрою, а інший – після нього. Проградуювавши диференційний манометр для різних розходів рідини, можна надалі вимірювати їх по перепаду рівнів у колінах диференційного манометру.

Опис лабораторної установки

Принципова схема лабораторної установки наведена на рисунку.

Рисунок. Схема лабораторної установки для градуювання

Основним апаратом установки є лабораторний реометр (1), що являє собою капіляр, кінці якого приєднані до диференціального манометра. Реометр (1) за допомогою триходового крана (2) зв’язаний або з атмосферою, або з аспіратором (3), який слугує для вимірювання кількості газу, що пройшов через реометр за певний час. Аспіратор має зливний відвід із запірним краном (4). Аспіратор з’єднаний з манометром (5), один вивід якого відкритий на атмосферу. Рідина з аспіратора зливається в мірний об’єм (6). Вода в аспіратор подається з міської мережі через запірний кран (7). Джерело потоку газу – повітродувка (8). Надлишок повітря викидається в атмосферу через відвід із запірним краном (9 ).

Основний зміст роботи полягає в тому, щоб проградуювати диференційний манометр таким чином, щоб перепад рівнів у ньому можна було використовувати для вимірювання розходу повітря, яке подається з аспіратора.