ВВЕДЕНИЕ

Установка представляет собой трубопровод Т переменного сечения, в характерных точках которого установлены пьезометры. Все пьезометры (15 штук) сведены на одно табло, оборудованное миллиметровой шкалой, по которой устанавливается уровень воды в пьезометре (пьезометрическая высота). Вода в трубопровод поступает из

Собщей водопроводной системы через напорный бак НБ. Для поддержания постоянного напора в баке НБ служит сливная труба СТ.

и б А Д И

Рис. 4. Схема установки для определения составляющих уравнения баланса энергии

В конце трубопровода установлен кран К для регулирования расхода воды и мерный бачок МБ для определения объёма вытекающей жидкости. Линейные характеристики трубопровода (d – диаметр в сечении, l – расстояние между сечениями) приведены в табл. 2.

9

Порядок выполнения работы:

1. Наполнить напорный бак НБ водой и создать условия установившегося движения жидкости: из сливной трубы СТ должен формироваться небольшой сброс воды.

МБ до уровня, указанного преподавателем.

6. Вычертить схему тру опровода с указанием 15 сечений, и построить напорную и пьезометрическую линии по данным табл. 3.

Для построения напорной и пьезометрической линий на участке трубопровода предварительно вычисляют составляющие уравнения баланса энергии (уравнения Бернулли).

Уравнение Бернулли (УБ) для потока реальной жидкости (уравнение баланса энергии) справедливо для установившегося движения и выражает закон сохранения энергии потока движущейся жидкости. В удельной форме (относительно единицы веса жидкости) УБ записывается для двух сечений и горизонтальной плоскости сравнения в

потенциальная энергия давления соответственно в первом и втором сечениях (пьезометрическая высота); z1, z2 – удельная потенциальная энергия положения соответственно в первом и втором сечениях (геометрическая высота, т.е. расстояние по высоте от плоскости сравнения до центра тяжести сечения); hW – потери энергии при движении потока ж дкости от первого сечения до второго (потери напора); α– коэфф ц ент Кор ол са, учитывающий неравномерность распреде-

Напорная линия при движении идеальной жидкости по трубопроводу всегда горизонтальна.

При истечении жидкости в атмосферу пьезометрическая линия всегда приходит в центр тяжести выходного сечения, так как избыточное давление на выходе в этом случае равно нулю (p =0).

Гидравлический уклон I – уклон напорной линии – может быть определён как отношение потери напора (потери энергии) hW к длине:

где l – расстояние между сечениями потока движущейся жидкости. Гидравлический уклон – величина положительная (I > 0). Для

идеальной жидкости гидравлический уклон I = 0.

12

8. На уровне воды в напорном баке провести горизонтальную , которая удет соответствовать полной удельной энергии в се-

9. От уровня E0 по вертикали вниз до отметки 0, совместив её с осью трубопровода, раз ить в произвольном масштабе шкалу для по-

Рис. 5. Пример построения напорной и пьезометрической линий

14

10. Отложить от оси трубопровода вверх по вертикали в каждом сечении числовые значения полной удельной энергии в сечениях (строка 5 табл. 3) и соединить точки ломаной линией. Эта линия и является напорной линией для реальной жидкости на данных участках трубопровода.

11. Вниз от напорной линии по вертикали в произвольном масштабе отложить числовые значения удельной кинетической энергии в сечениях (строка 4 табл. 3) и соединить точки ломаной линией. Эта линия является пьезометрической линией для реальной жидкости на данных участках трубопровода.

трубопровода участках А.

14. Проанал з ровать положение построенных линий и сделать вывод о значениях гидравлического и пьезометрического уклонов на

Д И

15

линияб тенциальной энерг (пьезометрические напоры) в сечениях?

9.Как называется уклон пьезометрической линии?

10.Какие значения принимает пьезометрический уклон, гидравлический уклон (положительные, отрицательные)?

11.Каким при ором измеряется потенциальная энергия давления в сечении?

12.Зависит ли средняя скорость в сечении от величины объёма вытекающей жидкости в мерный бачок?

13.Какие составляющие уравнения баланса энергии зависят от расхода жидкости в трубопроводе?

14.Могут ли быть параллельны напорная и пьезометрическая

линии?

15.В каком случае напорная и пьезометрическая линии расхо-

дятся?

16.В каком случае напорная и пьезометрическая линии сходятся?

17.Может ли увеличиваться г.с.д. по длине потока в трубе постоянного диаметра?

18.Возможно ли возникновение вакуума при движении жидкости по трубопроводу, на котором проводилась лабораторная работа?

19.Как изменяются скорость и г.с.д. в сужающейся трубе?

20.Какая часть полной удельной энергии теряется при движении потока жидкости по горизонтальной сужающейся трубе?И

16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование истечения жидкости через отверстие и насадки при постоянном напоре

С2. Выч сл ть объёмным путём расход при истечении жидкости через малое отверст е в тонкой стенке и различные типы насадков

Цели работы:

1. Определить время истечения жидкости через малое отверстие

в тонкой стенке и различные типы насадков при постоянном напоре и сравнить опытные данные.

приПр нструменты:

постоянном напоре и сравнить полученные данные.

3. Выч сл ть коэффициент расхода и коэффициент скорости

для малого отверст я в тонкой стенке и различных типов насадков и сравнить полученные данные со значениями из справочника.

янном и переменномборынапоре (рис. 6); - мерный бак; - секундомер.

- стац онарная установка лаборатории «Гидравлика и инженер-

ная гидролог я», предназначенная для исследования истечения жид-

Для удобства описанияАлабораторной установки используем упрощённую схему (рис. 7).

кости через малое отверстие и различные типы насадков при посто-

Установка представляет собой напорный бак НБ, в боковой грани которого создано малое отверстие круглого сечения 1 и три типа

- внешний цилиндрическийД2; - конически-сходящийся 3; - конически-расходящийся 4.

насадков: И

Выход воды через отверстие и насадки закрыт клапанами с рычагами (см. рис. 4), при нажатии на которые жидкость вытекает из напорного бака.

Уровень воды в напорном баке (напор H) измеряется по внешнему пьезометру и поддерживается постоянным с помощью сливного отверстия и присоединенной к нему трубы. Для определения расхода объёмным путём имеется мерный бачок МБ.

17

Си б

Рис. 6. СтационарнаяАустановка для исследования истечения жидкости через отверстие и насадки

Диаметры выходного отверстияД(сечения) d для малого отверстия, цилиндрического внешнего насадка и конически-сходящегося насадка одинаковые – d = 20 мм, для конически-расходящегося – d = 29 мм (для

1.Наполнить напорный бак до уровня, Иуказанного преподавателем (H – напор).

2.Открыть отверстие (насадок). Одновременно секундомером

засечь время t наполнения мерного бачка W (объём). Полученные данные занести в табл. 4.реальной установки).

Выполнение лабораторной работы № 2 в реальных условиях представлено на видеоролике, созданном в лаборатории «Гидравлика и инженерная гидрология» СибАДИ.

Для просмотра видео нажмите

18

Си б Р с Схема установки для исследования истечения

. 7. А

жидкости через отверстие и насадки при постоянном напоре

О ра отка опытных данных

Отверстие считается малым, если его диаметр d не превышает одну десятую геометрического напора H, т.е. d ≤ 0,1H.

Малое отверстие считается в тонкой стенке, если толщина

При истечении из любого типа отверстия на небольшом расстоянии (для круглого отверстии 0,5d) от выходного сечения происходит сужение струи. У круглых отверстий сравнительно небольших размеров диаметр сжатого сечения обычно принимается около 0,8 диаметра отверстия в резервуаре, поэтому сжатая площадь составляет около 64% площади этого отверстия, что вносит существенные изменения в величину расхода.

19

Насадком называется короткий патрубок, присоединённый к малому отверстию в тонкой стенке, длина которого от 3,5 до 7 диаметров выходного отверстия.

Различают следующие типы насадков: - внешний (наружный) цилиндрический, - внутренний цилиндрический (Борда), - конически сходящийся, - кон чески расходящийся, - коно дальный.

Споследующее расш рение струи внутри насадка. Из всех типов насадков кроме кон чески сходящегося струя выходит полным сече-

При попадан потока жидкости в насадок происходит сжатие и

ниием, то есть площадь поперечного сечения струи при истечении из насадка равна поперечной площади выходного сечения насадка.

Нормальнаябра ота насадка (эффект насадка) возможна при создании вакуума (вакуумметрического давления) в зоне сжатия на входе жидкости в насадок. Условия нормальной работы насадка сле-

М н мальная дл на внешнего цилиндрического насадка, при

которой заполняется после сжатия всё сечение насадка и потери по длине становятся прене режимо малыми должно быть около (3 – 4) d. Такой насадок получ л название насадок Вентури.

дующие:

1) Обеспечение зарядки насадка во время пуска, т.е. изоляция

где ω – площадь выходного сечения; H0 – действующий напор, представляет собой сумму геометрического напора H и разности значений пьезометрического напора на свободной поверхности в резервуаре и в центре выходного сечения струи; μ – коэффициент расхода отверстия

20

мендуемое значение коэффициента расхода φИ*.

8. Сделать вывод по сравнительному анализу опытных значений расходов для отверстия круглого, насадка цилиндрического внешнего, насадка конически-сходящегося, насадка коническирасходящегося.

Расчётные и рекомендуемые величины занести в табл. 4.

22

ном напоре)? Объяснить почему.Д 14. Как изменится формула (13) при полном опорожнении бака?

15. Каково отношение времени при полном истечении жидкости из резервуара (опорожнении) и времени истечения того же объёма при постоянном напоре?

16. Зависит ли время истечения из резервуара от его поперечного сечения?

17.Какое малое отверстие считается в тонкой стенке?

18.Изменится ли расход жидкости при истечении из внешнего цилиндрического насадка, если на свободной поверхности уменьшить давление? Объяснить почему.

23