Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка (рис. 22) состоит из прямоугольной емкости 1, на боковой стенке которой установлен фланец 4 для крепления сменных дисков с отверстиями или насадками различной формы.

Емкость заполняется из водопроводной сети через вентиль 10. Управление истечением через отверстие в стенке производится поворотом рукоятки 11, на которой установлена заглушка 3. Уровень воды в емкости измеряется пьезометром 2. Вентиль 9 служит для поддержания заданного уровня в емкости. Координата осевой линии струи измеряется с помощью устройства, состоящего из перемещаемой вдоль линейки 7 платы 5 со штырем 6.

Порядок выполнения работы

1. Установить и закрепить на фланце 4 диск с исследуемым отверстием.

2. Повернув рукоятку 11, открыть отверстие 4.

3. Вентилями 9 и 10 поддерживать постоянный уровень воды в емкости 1. Перемещая плату 5, подвести штырь 6 к оси струи, измерить по линейке 7 и записать координату х. Координата у постоянна и равна 20 см.

4. Произвести измерение расхода объемным методом, записав объем воды в мерной емкости W,см3 и время ее заполнения т, с

5. Уменьшить уровень воды в емкости на 8-10 см. Повторить пункты 1-5 для пяти-шести уровней воды в емкости.

6. Сменить диск повторить пп.1-6.

7. Измерить и записать температуру воды t, ,

8. Закрыть вентили 9 и 10.

Обработка результатов экспериментов

Определить скорость жидкости б струе, истекающей из отверстия в тонкой стенке, воспользовавшись системой уравнений описывающих движение горизонтально брошенного тела

Откуда

Здесь х и у – координаты точек струи.

Теоретическая скорость истечения вычисляется по формуле (55) в виде

Коэффициент скорости находится как отношение этих скоростей

Подсчитав теоретический и действительный расходы жидкости, находим коэффициент расхода по формуле (57)

а затем и коэффициент сжатия струи .

По теоретической скорости истечения и диаметру отверстии вычисляем число Рейнольдса

Результаты эксперимента и расчет оформить в виде таблицы имеющей следующие колонки:

Построить графики и случая истечения жидкости из отверстия в тонкой стенке.

Лабораторная работа №6 гидравлический удар в трубопроводе

Цель работы: ознакомление с явлением гидравлического удара, определение величины ударного давления и скорости распространения ударной волны при внезапном закрытии трубопровода, а также зависимости ударного давления от времени закрытия трубопровода при неполном гидроударе.

Общие сведения

Рассмотрим движение идеальной жидкости со скоростью при давлениипо трубопроводу с абсолютно упругими стенками длиной(рис. 23, а). При резком перекрытии трубопровода из-за внезапной остановки жидкости произойдет увеличение давления у заглушки. Соседние движущиеся слои жидкости, наталкиваясь на неподвижные, также останавливаются. В результате возникает ударная волна, движущаяся от заглушки (рис. 23. б). Фронт ударной волны движется вверх по потоку со скоростью, величина которой зависит от упругих свойств жидкости и стенок трубопровода

где К - модуль объемной упругости жидкости;

р – плотность жидкости;

Е – модуль упругости материала стенок трубопровода;

d – внутренний диаметр трубопровода;

δ – толщина стенки трубопровода.

Величина повышения давления при гидравлическом ударе определяется по формуле Н. Е. Жуковского

Увеличение давления в жидкости связано с инерционными свойствами. При остановке кинетическая энергия движения жидкости переходит в потенциальную энергию давления и потенциальную энергию деформации стенок трубопровода. Деформация стенок трубопровода является следствием повышения давления в остановившейся жидкости.

Двигаясь со скоростью а, ударная волна за время l /а дойдет до емкости (рис. 23, в). В этот момент жидкость в трубопроводе неподвижна, давление в нем (P₊=P₀+ΔP_уд) больше, чем давление в емкости, а сам трубопровод находится в деформированном состоянии. Кинетическая энергия движущейся жидкости перешла в потенциальную энергию давления. Все эти факторы приводят к тому, что жидкость из трубопровода избыточным давлением выталкивается в емкость со скоростью , трубопровод принимает первоначальные размеры (рис. 23, г.), давление уменьшается до исходного. Волна, двигаясь со скоростью а, к моменту временидоходит до заглушки (рис. 23, д). В этот момент времени жидкость движется со скоростьюпри давлении, но направление движения противоположно исходному. Вытекающая из трубопровода жидкость в силу инерции стремится оторваться от задвижки. Это приводит к возникновению волны разрежения, снижению давления до величины(при, где– давление паров насыщения жидкости при данной температуре). Скорость жидкости обращается в нуль, происходит сжатие стенок трубопровода (рис.23,е). Этот процесс заканчивается к моменту времени(рис.23, ж). Жидкость неподвижна.

Здесь необходимо отметить, что если то давление разрежениявсегда равно давлению насыщения

Так как давление в трубопроводе меньше давления в емкости то жидкость начинает втекать в трубопровод, возникает ударная волна, движущаяся от емкости к задвижке. За ударной волной давление в жидкости, движущейся со скоростью равно(рис.23, з). К моменту времениволна доходит до задвижки. Картина вернулась к исходному состоянию (рис. 23, а) в момент перекрытия трубопровода. Процесс повторяется.

Диаграмма изменения давления перед задвижкой представлена на рис. 24 сплошной линией. При течении реальной жидкости из-за потерь энергии как в жидкости, так и в трубопроводе колебания будут существенно затухающими (пунктирная кривая).

По этой диаграмме можно определить скорость ударной волны

Средние значения скорости ударной волны для труб из различных материалов равны (в м/с):

стальные – 1200

чугунные – 1000

деревянные – 300-400

резиновые – 17-28

Из формулы Жуковского (59) следует, что избыточное давление гидравлического удара зависит только от параметров жидкости и материала трубопровода и не зависит от времени закрытия трубопровода в том случае, когда время его перекрытия меньше времени двойного пробега ударной волной длины трубопровода, . Иначепроисходит непрямой гидравлический удар. Ударное давление при этом определяется по уравнению

При непрямом гидроударе ударное давление ниже, чем при прямом. Эта возможность широко применяется в технике как одна из мер борьбы с вредным воздействием ударного давления на гидросистемы.