Учебное пособие 800407
.pdf
51
10. После нажатия клавиши ENTER в этом окне (см.рис.16), мож-
но наблюдать динамику протекания лабораторного процесса, по окончании которого появятся результаты измерений физических величин в соответствии с рис. 17, фиксируемые исследователями в графах табл. 1 отчета по лабораторной работе.
Рис. 16. Содержание первого окна программы Л.р. 1.bas.
52
Рис. 17. Содержание второго окна программы Л.р.1.bas.
11. Повторить работы по п.п. 9 и 10, руководствуясь требования-
ми, изложенными в табл.1 отчета по лабораторной работе.
12.Выполнить работы по п.8 раздела 2.1.3.
13.По окончании выполнения исследований одновременным
на-
жатием клавиш Ctrl и Pause Break остановить выполнение про-
граммы.
14. Нажимая последовательно клавиши Alt и ← переместить курсор в меню программы Q BASIC к разделу «Файл» и, посредст-
вом клавиш ENTER и ↓ , подвести его в образовавшемся окне к разделу “Выход”.
15. Нажать клавишу ENTER и завершить работу программы Q BASIC.
53
16. Отключить системный блок и монитор компьютера от элек-
тросети.
2.1.5. Содержание отчета и его форма Отчет должен содержать описание вискозиметра, расчетные
формулы, графическое изображение зависимости кинематического коэф-
фициента вязкости от температуры. График выполняется на мил-
ли-
метровой бумаге. Результаты замеров и вычислений вносятся в от-
чет в виде таблицы (см.табл. 12).
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 12 |
|
Результаты замеров и вычислений |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидкость |
Время истечения |
Градусы |
|
Кинематический |
|||
|
|
|
t, с |
|
Энглера |
|
коэффициент вяз- |
|
|
|
|
Е = t / tв |
|
кости , Ст |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
2 |
3 |
Ср.зн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Дистиллиро- |
|
|
|
|
|
|
|
ванная вода при |
|
|
|
|
|
|
|
293К |
|
|
|
|
|
|
|
Нефтепродукт |
|
|
|
|
|
|
|
при комнатной |
|
|
|
|
|
|
|
температуре |
|
|
|
|
|
|
|
54
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 12 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
Нефтепродукт |
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
Тнач. + 15 С |
|
|
|
|
|
|
|
Нефтепродукт |
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
|
|
|
Тнач. + 30 С |
|
|
|
|
|
|
|
2.2.Тарировка ротаметра на приборе Д. Бернулли
Цель работы - изучение особенностей процесса тарировки (гра-
дуировки) ротаметра - прибора, применяющегося для измерения расхода жидкого или газообразного рабочего тела.
Содержание работы - ознакомление с конструкцией и принципом работы ротаметра, с основными расчетными уравнениями, исполь-
зуемыми при расчете его характеристик.
2.2.1. Теоретические основы Ротаметры относятся к приборам для измерения секундных рас-
ходов жидкостей или газов, называемых расходомерами обтекания или расходомерами постоянного перепада давления. Ротаметр
(см.рис.18) в простейшем виде состоит из вертикальной конусной стеклянной трубки 1, внутри которой находится чувствительный эле-
мент 2, выполненный в виде поплавка.. Для обеспечения устойчи-
вости работы поплавка его верхний обод снабжен каналами с кру-
тым наклоном . Под действием потока жидкости или газа поплавок перемещается вертикально в трубке 1, одновременно приходит во вращательное движение и центрируется в середине потока. По пе-
55
ремещению поплавка ротаметра вдоль его шкалы, нанесенной на
конусной
стеклянной трубке, судят об объеме расхода жидкости или газа.
Поток жидкости или газа, протекающий снизу вверх в конусной трубке ротаметра, поднимает поплавок до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия fк между поплавком и внутренней поверхно-
стью трубки не достигнет такого размера, при котором действую-
щие на поплавок силы уравновешиваются. При достижении равно-
весия сил поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значениюРисрасхода.18. Схема. ротаметра
Для вывода уравнения расхода рабочего тела, протекающего че-
рез ротаметр, используются уравнение Д.Бернулли и условие нераз-
рывности струи для несжимаемой жидкости (в дальнейшем речь бу-
дет идти только о ней). Для сечений 1 - 1 и 2 - 2 справедливо равен-
ство |
Q = v1 f1 v2 f2 |
v2 fk , |
|
|
где Q - |
объемный расход жидкости; |
v1 , v2 - |
соответственно |
|
средние значения скоростей потока в сечениях 1 - 1 и 2 |
- 2; f1 , f2 - |
|||
соответственно площади потока в сечениях и 2 - 2; |
= |
f1 / fk - ко- |
||
Рис. 18. Схема ротаметра
56
эффициент сужения. Решая совместно уравнения Д.Бернулли и не-
разрывности струи, получаем :
|
2(p1 |
p2 ) |
2(h |
|
h |
|
) |
|
Q2 |
|
2 |
f 2 |
/ f 2 , |
( 2.4 ) |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
2 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
g |
2fk2 |
k |
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где p1 , p2 |
соответственно статические давления в сечениях 1 - 1 и |
||||||||||||||
2 - 2; h1 , h2 |
- соответственно высоты сечений 1 - 1 и 2 - 2 над неко- |
||||||||||||||
торым начальным уровнем 0 - 0; |
1 , 2 - |
соответственно коэффи- |
|||||||||||||
циенты кинетической энергии в сечениях 1 - 1 и 2 - 2; |
- удельный |
||||||||||||||
вес рабочего тела; |
g - |
ускорение свободного падения; |
- коэф- |
||||||||||||
фициент потери энергии на участке между сечениями 1 - 1 и 2 - 2.
Далее, рассмотрим условия равновесия поплавка. Для этого обо-
значим : G• - |
вес поплавка; V - объем поплавка; • - плотность |
|||
материала поплавка; |
- плотность рабочего тела, текущего через |
|||
ротаметр; f - |
наибольшее поперечное сечение поплавка; p1 |
, p1 |
- |
|
|
|
1 |
2 |
|
соответственно средние давления потока на единицу носовой (ко-
нусной) и верхней поверхностей поплавка. |
|
|
|
||||||
На поплавок действуют следующие силы : |
|
|
|
||||||
1) сверху вниз - вес поплавка |
|
G |
• |
• g v |
и давление потока |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на верхнюю поверхность p1 |
f ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) снизу вверх - давление потока на носовую часть |
p1 |
f и сила |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
трения потока о поплавок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
k vn |
f |
Б |
, |
|
|
|
|
( 2.5 ) |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
где fБ - боковая поверхность поплавка, соприкасающаяся с теку-
щими частицами рабочего тела; k - коэффициент сопротивления,
зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости боковой
57
поверхности поплавка; vk средняя скорость рабочего тела в коль-
цевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; n -
показатель степени, зависящий от режима течения рабочего тела.
Условие равновесия поплавка можно записать в виде :
|
П |
g v p1 |
|
f p1 |
f k vn |
f |
Б |
, |
|
||
|
|
2 |
|
1 |
k |
|
|
|
|||
откуда после преобразований находим : |
|
|
|
|
|||||||
p1 |
p1 |
1 |
|
|
g v |
k v n |
f |
|
. |
( 2.6 ) |
|
|
|
П |
Б |
||||||||
1 |
|
2 |
f |
|
k |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для определения разницы статических давлений |
p1 p2 , дей- |
||||||||||
ствующих на поплавок, надо учесть величину динамического дав-
ления w потока рабочего тела на поплавок
|
v 2 |
|
|
|
w = |
1 |
f , |
( 2.7 ) |
|
2 |
||||
|
|
|
где 
коэффициент сопротивления или обтекания поплавка, за-
висящий от формы носовой и верхней частей. Тогда, очевидно, что
p1 |
p1 |
1 |
|
|
g v |
k vn |
f |
|
v12 |
f . |
( 2.8 ) |
|
П |
Б |
|
||||||||
1 |
2 |
f |
|
k |
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Если допустить , что скорость |
vk |
при всех расходах остается |
|||||||||
почти постоянной (потому что с увеличением расхода поплавок пе-
ремещается вверх и увеличивается площадь кольцевого канала), то нетрудно видеть, что правая часть уравнения (2.8) оказывается по-
стоянной и независящей от величины расхода.
Отсюда следует : |
p1 |
p1 |
const, что дает основание именовать |
|
1 |
2 |
|
ротаметр прибором постоянного перепада давления. Однако нужно иметь в виду, что постоянной является лишь разность полных дав-
лений на поплавок. Что же касается разности статических давлений p1 p2 , то из уравнения (2.8) следует, что с увеличением скорости
58
v1 и динамического давления на поплавок, разность статических давлений по обе стороны поплавка должна уменьшаться.
Совместное решение уравнений (2.4) и (2.8) дает :
2 |
|
g v k vn |
f |
|
|
v12 |
2 h |
|
h |
|
|
Q2 |
|
|
|
2 f 2 |
/ f 2 |
, |
||||||
|
|
П |
Б |
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|||||||||
|
f |
k |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
g |
2 |
f 2 |
k |
1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
откуда находим : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
2gv |
• |
|
, |
|
|
|
|
|
( 2.9 ) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
fk |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f
где - коэффициент расхода ротаметра, включающий в себя ряд геометрических и режимных параметров. Аналитическое определе-
ние величины коэффициента расхода в значительной степени за-
труднено, обычно его определяют экспериментальным путем. Весо-
вой расход рабочего тела, протекающего через ротаметр, будет ра-
вен G Q 
. Отсутствие обстоятельной научно-
экспериментальной литературы по стандартизации типов ротамет-
ров, трудности установления для них точных значений коэффици-
ентов расхода приводят к необходимости тарировки каждого нового типоразмера ротаметра ( не говоря уже о приборах с новой формой поплавка, заменой материала поплавка, иной конусностью трубок ротаметра и т.п.).
Кроме того, каждый ротаметр подвергается индивидуальной гра-
дуировке из-за неумения изготовлять строго взаимозаменяемые стеклянные конические трубки.
Иногда приходится подвергать ротаметр дополнительной гра-
дуировке в случае применения его для измерения расхода не того вещества, для которого была произведена начальная градуировка. В
59
последнем случае дополнительная градуировка производится с ис-
пользованием нового рабочего тела.
2.2.2. Методика выполнения работы Под тарировкой (градуировкой) ротаметра понимают выявление
зависимости Q Q(H) или G G(H), где H - шкала прибора
(ротаметра). В результате градуировки ротаметра должна быть ус-
тановлена экспериментальным путем зависимость между расходом
жидкости через ротаметр и делениями шкалы, против которых ус-
тойчиво устанавливается верхний уровень поплавка ротаметра при течении через него определенного расхода жидкости.
Работа выполняется на приборе Д. Бернулли (см.рис. 19), со-
стоящем из центробежного насоса, питательного бака, трех авто-
60
номных, параллельно расположенных опытных участков трубопро-
вода и набора пьезометров.
Во время проведения опытов вода в системе циркулирует непре-
рывно. Измерение расхода жидкости осуществляется при помощи ротаметров X и Y, установленных на нагнетательной линии, кото-
рые перед началом работ градуируют, используя для этого мерный сосуд (V = 3л), вмонтированный в бак. Расход жидкости определя-
ется путем измерения времени наполнения мерного бака.
Обязательным условием качественного проведения градуировки ротаметра является устойчивое положение верхнего уровня поплав-
ка ротаметра относительно заданного деления шкалы ротаметра H.
Выводы из расчетных сечений от всех пьезометрических трубок со-
средоточены на общем щите со шкалой для отсчета высоты уровня в трубках. Все пьезометры имеют общий нуль отсчетов. Направле-
ние потока жидкости и его расход регулируются при помощи соот-
ветствующих кранов и вентилей. На схеме прибора Д. Бернулли
(см.рис. 19) показаны значения диаметров всех участков трубопро-
вода и координаты центров рассматриваемых сечений на участке.
|
Рис. 19. Схема прибора Д. Бернулли. |
|
||
(d1 |
1,9см;d2 1,0см;d3 |
1,7см;d4 |
2,8см;l1 |
l2 130см; |
l3 |
l4 l8 30см;l5 l7 |
27см;l6 |
32см;l9 l10 |
8см) |
2.2.3. Порядок выполнения работы на приборе Д. Бернулли Блок ротаметров X и Y, установленных в гидравлическую систе-
му прибора Д. Бернулли параллельно, расположен между насосом и си-стемой кранов I и II. При проведении градуировки ротаметров