9247
.pdf
Рисунок 3.3.2 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 2
1 – |
питающий бак (внутреннее секционирование водосливной стенкой |
обеспечивает постоянный действующий напор H во всех опытах |
|
эксперимента); 2 – напорный трубопровод с внутренним диаметром dвн d1 |
|
(т.е. |
утрированное выделение элемента 3 обеспечивает необходимую |
информативность приведенной на рис. 3.2.2 схемы); 3 – расходомер Вентури, |
|
конструктивные части которого имеют внутренние диаметры |
d1 |
и |
d2 |
(в |
результате чего p1 > p2, V1 < V2); 4 – два пьезометра, предназначенные для измерения параметра h – т.е. разности пьезометрических высот в сечениях 1-
1 и 2-2 расходомера Вентури; |
|
– дифференциальный пьезометр, |
4 |
обеспечивающий удобное измерение параметра h; 5 – запорный вентиль; 6 – мерная емкость; 7 – хронометр; 8 – термометр.
71
где |
Q |
– расход потока жидкости теоретический, т.е. определяемый без |
|
Т |
|
|
учета гидравлических сопротивлений на пути движения воды от |
|
|
сечения 1-1 к сечению 2-2; |
|
|
A |
– некая конструктивная константа, в которой учтены особенности |
|
конструктивной реализации расходомера, включенного в состав |
|
|
экспериментальной установки. |
|
|
При этом складывается ситуация, когда фактически измеряемый расход |
|
воды ф, который характерен для реального потока, преодолевающего
гидравлические сопротивления, меньше расчетного |
Q |
, определяемого по |
|
Т |
|
формуле: |
|
|
Q ф
QТ
;
Q ф
QТ
1, 0
,
(3.3.6)
Для определения расхода воды с требуемой точностью по расчетной
зависимости необходимо использовать поправочный коэффициент :
Q Q A |
h |
|
(3.3.7) |
|
ф |
Т |
, |
|
|
|
|
|
||
В ходе эксперимента требуется выполнить 7 – 10 опытов для |
||||
определения статистически достоверного значения коэффициента |
. |
|
||
Результаты эксперимента |
оформляются в отчетном |
бланке |
||
(см. табл. 3.3.2). |
|
|
|
|
72
Таблица №3.3.2. Градуирование (тарирование) расходомера Вентури
Характеристика |
структурных |
и |
функциональных Опыты эксперимента |
|||||||||||
элементов эксперимента |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 2 |
3 |
4 |
5 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1) Параметры физических свойств рабочей жидкости – |
|
|
|
|||||||||||
воды: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– температура воды t , |
С |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
– коэффициент кинематической вязкости – ν , м2/с |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
2) Промежуточные и конечные показатели в методике |
|
|
|
|||||||||||
определения расхода потока воды: |
|
|
|
|
|
|
||||||||
– объем мерной емкости – W, м3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
– время наполнения мерной емкости – , с |
|
|
|
|||||||||||
– действительный (фактический) расход потока воды – |
|
|
|
|||||||||||
Q |
W |
, м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||||||
3) Параметры расходомера Вентури и потока воды в |
|
|
|
|||||||||||
нем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– диаметры входной и суженной частей расходомера – |
|
|
|
|||||||||||
d / d |
2 |
, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– площади живых сечений потока воды во входной и |
|
|
|
|||||||||||
суженной частях расходомера – |
/ |
, м2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
– средняя скорость потока воды в указанных живых |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
V |
Q |
V |
Q |
, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
сечениях – 1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
–число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока воды Re1 
Re2
–разность пьезометрических высот в указанных живых сечениях потока воды (показание дифпьезометра) – h, м
–конструктивная постоянная характеристика
расходомера – |
A |
|
2 g |
|
||
|
|
|
|
|||
1 |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
1 |
|
4) Расход потока воды для идеальной жидкости –
QТ A 
h , м3/с
5) Поправочный коэффициент расхода Qф QТ
73
3.3.4. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3
«Определение коэффициента гидравлического трения»
Влабораторной работе определяется значение коэффициента
гидравлического трения в зависимости от интенсивности взаимодействия
(трения) слоев (частиц) жидкости в турбулентном потоке и шероховатости
внутренней поверхности трубопровода, контактирующей с транспортируемым потоком воды. Экспериментальные исследования выполняются на установке, схема которой приведена на рис. 3.3.3.
Для организации эксперимента используется преобразованная формула Дарси-Вейсбаха:
где
Э
|
|
|
|
|
|
|
|
2 g d |
вн |
h |
, |
(3.3.8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
||||
|
|
|
|
|
|
|
L ν |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
, |
|
Э |
|
– коэффициент гидравлического трения; |
|
|||||
f R |
|
|
|
|
||||||||
|
e |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
–эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней
поверхности трубы, зависящая от материала, из которого изготовлены трубы, и степени их эксплуатационного старения;
dвн |
– внутренний диаметр трубы; |
|
L |
– длина участка трубопровода, на котором |
измеряется «потеря |
напора по длине» h . |
|
|
|
l |
|
При широкодиапазонном изменении параметров |
Q и V (7 – 10 опытов |
|
эксперимента) значения различны, что обусловлено размещением групп опытов в различных областях сопротивления при турбулентном режиме движения потока воды. Это должно быть проверено и подтверждено расчетом.
Результаты эксперимента оформляются в отчетном бланке
(см. табл. 3.3.3).
74
Рисунок 3.3.3 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 3
1 – питающий бак; 2 – непрерывный горизонтальный трубопровод диаметром dвн , на участке которого длиной L измеряется потеря напора hl ; 2(1) –
трубопровод, выполненный из стальных труб; 2(2) – трубопровод,
выполненный из пластмассовых труб; 3 – два пьезометра, необходимые для измерения потери напора в потоке воды на участке напорного трубопровода (на схеме показаны пьезометры, т.к. они более четко отражают физические особенности текущей гидравлической ситуации, но в действительности использованы дифпьезометры); 4 – запорный вентиль; 5 – мерный бак; 6 – хронометр; 7 – термометр.
75
Таблица №3.3.3. «Определение коэффициента гидравлического трения»
Характеристика |
структурных |
и |
функциональных |
Опыты |
|
элементов эксперимента |
|
|
|
эксперимента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 3 … 7 |
|
1)Вид движения потока жидкости, заданный конструктивным исполнением лабораторной установки
2)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:
– температура воды t , С |
|
|
|
|
|
|
– коэффициент кинематической вязкости – |
ν , м2/с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
3) |
Определение расхода потока воды – Q |
W |
, м3/с |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) |
Параметры трубопровода: |
|
|
|
|
|
– материал труб |
|
|
|
|
|
|
– диаметр трубопровода – d |
вн |
, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–расстояние между точками подключения дифпьезометра
–l , м
5) Параметры потока воды в трубопроводе: |
|
|
||||||
– площади живых сечений потока воды – |
/ |
, м2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
– средняя |
скорость |
потока воды в указанных живых |
||||||
сечениях – |
V |
Q |
V |
|
Q |
, м/с |
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
– число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока
воды Re |
Re |
1 |
2 |
– разность пьезометрических высот на контрольном участке потока воды (показание дифпьезометра) – hl (1) , м
– h |
, м |
l (2) |
|
6)Коэффициент гидравлического трения технической трубы – 1 / 2
7)Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности
трубы (по |
при Re 100 000 ) – |
Э |
, мм |
|
|
|
8) Область сопротивления в турбулентной зоне течения потока жидкости
76
3.3.5. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4
« Определение коэффициента местного сопротивления»
Сложная структура потока жидкости в границах «местного сопротивления» предопределяет неизбежность экспериментального изучения и нахождения обобщенной конструктивной характеристики – коэффициента
местного |
сопротивления |
. |
Исследования |
выполняются |
на |
специализированном лабораторном стенде, схема которого представлена на рис. 3.3.4.
Для организации эксперимента используется преобразованная формула Вейсбаха:
|
2 g h |
j |
|
|
|
||
V |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
,
(3.3.9)
где
h |
j |
|
– потеря напора в местном сопротивлении; в данном эксперименте
измеряется и рассчитывается с учетом показаний |
h |
f |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
дифпьезометров: h |
j |
2 h |
f |
|
h |
f |
. |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Для получения статистически достоверного значения эксперимента выполняются 5 – 7 опытов.
и |
h |
f |
двух |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
в ходе |
Результаты эксперимента оформляются в отчетном бланке
(см. табл. 3.3.4).
77
Рисунок 3.3.4 – Схема экспериментальной установки
в лабораторной работе № 4
1 – питающий бак; 2 – напорный горизонтальный трубопровод диаметром dвн
;3 – местное сопротивление (шаровой кран – см. схему узла 1);
гидравлические характеристики которого изменяются при регулировании (т.е. угла измеряемого между осью трубопровода 2 и осью проходного канала сферического запорного органа); 4 и 5 – группы пьезометров для измерения потери полного напора h f на участках трубопровода 2 длиной L и L/2 (в
действительности использованы дифпьезометры); 6 – запорный вентиль; 7 – мерная емкость; 8 – хронометр; 9 – термометр.
78
Таблица №3.3.4. Определение коэффициента местного сопротивления
Характеристика структурных и функциональных |
|
Опыты эксперимента |
|
||
элементов эксперимента |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
… |
7 |
|
1)Вид движения потока жидкости, заданный конструктивным исполнением лабораторной установки
2)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:
– температура воды t , С |
|
|
|
– коэффициент кинематической вязкости – |
ν , м2/с |
||
|
|
|
|
3) Определение расхода потока воды – Q |
W |
, м3/с |
|
|
|
||
|
|
|
|
4) Параметры трубопровода (трубы и местного сопротивления):
– материал труб |
|
|
– диаметр трубопровода – d |
вн |
, мм |
|
|
–вид местного сопротивления
–угол поворота рабочего органа шарового крана –
, град
5) Параметры потока воды в трубопроводе:
– площадь живого сечения потока воды – , м2
– средняя скорость потока воды в живом сечении
– V |
Q |
, м/с |
|
|
|||
|
|
– число Рейнольдса в живом сечении потока воды
Re
– потеря полного напора на участке длиной
l h |
f |
, м |
|||
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
1 |
l h |
|
, м |
||
2 |
f |
||||
|
|
2 |
|||
|
|
|
|||
6) Коэффициент местного сопротивления –
79
СПИ СОК Л ИТЕ РАТУ РЫ
1.Чугаев, Р. Р. Гидравлика: (техническая механика жидкости):
учебник для студентов гидротехнических специальностей высших учебных заведений / Р. Р. Чугаев. - Изд. 5-е, репр. - Москва : Бастет, 2008. - 671, [1] с. :
ил., табл.; 25 см.; ISBN 978-5-903178-07-0 (В пер.).
2.Штеренлихт, Д. В. Гидравлика : учебник для вузов / Д. В.
Штеренлихт. – Москва : Энергоатомиздат, 1984. – 640 с.
3.Тужилкин, А. М. Примеры гидравлических расчетов : учеб.
пособие для студентов вузов по направлению подгот. «Стр-во» / А. М.
Тужилкин. – Москва : АСВ, 2008. – 167 с.
4.Примеры расчетов по гидравлике / под ред. А. Д. Альтшуля. –
Москва : Стройздат, 1977. – 225 c.
5. Примеры гидравлических расчетов : учеб. пособие для автодорож. вузов и фак. / А. И. Богомолов, Н.М. Константинов – Москва :
Автотрансиздат, 1962. – 574 с.
6.Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г.
Киселева. – Москва : Энергия, 1972. – 312 c.
7. Лукиных, А. А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н. Н. Павловского :
справ. пособие / А. А. Лукиных, Н. А. Лукиных. – Москва : Стройиздат,
1987. – 152 с.
8. Шевелев, Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб : справ. пособие / Ф. А. Шевелев, А. Ф. Шевелев. –
Москва : Стройиздат, 1995. – 172 с.
9.Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский.
–Минск : Современная школа, 2005. – 608 с.
80