I. Определение коэффициентов расхода для отверстия и насадка при постоянном напоре.

1. Накопленный объем в мерном бачке, м³:

,

где S_сос – площадь сечения резервуара, м²;

∆h – приращение уровня воды в мерном бачке, м;

D – диаметр мерного бачка, м

2. Определение действительного расхода воды:

,

где V – накопленный объем в мерном бачке, м³

τ – время приращения уровня воды в мерном бачке, с

3. Теоретический расход жидкости вычисляют по формуле:

,

где – теоретический расход жидкости, м³/с;

S₀ – площадь сечения отверстия или насадка, м²;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н – уровень жидкости в резервуаре над отверстием или насадком.

,

d₀ – диаметр отверстия или насадка, м

4) Определение коэффициента расхода отверстия или насадка при постоянном напоре жидкости:

,

II. Определение времени истечения при переменном напоре.

1) Расчетное время понижения уровня от Н₁ до Н₂ вычисляют по формуле:

,

где S_сос - площадь сечения резервуара, м²;

S₀ – площадь сечения отверстия или насадка, м

Н₁ – начальный уровень жидкости в резервуаре, м;

Н₂ – конечный уровень жидкости в резервуаре, м;

μ_р – коэффициент расхода (расчетное значение);

2) Проводят сравнение опытного и расчетного времени истечения

Справочные данные экспериментальной установки

1. Диаметр мерного бачка D =400 мм;

2. Диаметр отверстий и насадков от 8 до 14 мм.

Контрольные вопросы по результатам выполнения работы:

1. Устройство лабораторной установки и краткая методика проведения экспериментов

2. Классификация отверстий и насадок.

3. Скорость истечения и расход жидкости при истечении жидкости через отверстия и насадки.

4. Коэффициент скорости, сжатия и расхода при истечении жидкости через отверстия и насадки.

5. Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре.

6. Определение времени опорожнения сосуда.

5.4. Лабораторная работа № 4. Потери напора в трубопроводе

Цель работы: определить потерю напора на заданном участке трубопровода опытным путем и расчетом, сравнить опытные и расчетные значения потерь напора.

Описание экспериментальной установки

Рисунок 36 – Схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рисунок 36) состоит из напорного бака Б, обеспечивающего постоянный напор в начале трубопровода. Постоянный уровень в баке поддерживается переливным устройством, при избытке поступающей от насоса жидкости, и контролируется указателем уровня воды. В начале трубопровода установлен регулировочный вентиль В, служащий для регулирования расхода жидкости в трубопроводе. С помощью диафрагмы Д измеряется расход жидкости в опытном трубопроводе Т. Трубопровод состоит из двух последовательно соединенных стальных сварных труб с некоторыми местными сопротивлениями. Цифрами 1…11 обозначены границы отдельных участков трубопровода, предназначенные для исследования. К каждому исследуемому участку трубопровода подключен пьезометр (для определения опытных потерь напора).

Методика проведения эксперимента.

Перед началом опытов необходимо:

а) начертить в свой отчет схему опытной установки с пояснениями;

б) получить у преподавателя величину расхода жидкости Q в трубопроводе и исследуемый участок трубопровода.

Во время эксперимента определяют опытные потери напора. Для этого:

1) Включить насос (на схеме не показан) и заполнить напорный бак Б водой до установления постоянного уровня.

2) Вентилем В установить заданный расход жидкости. Для этого в соответствии с градуировочным графиком, добиться необходимой разности уровней на дифманометре диафрагмы.

3). Снять показания в пьезометрах (с точностью до мм) в начале и в конце исследуемого участка. Разность этих показаний – опытные потери напора на этом участке h_n^оп.

4) Измерить температуру воды на выходе из трубопровода ⁰С .

5) Закрыть вентиль В и выключить насос.

Обработка опытных данных

Опытные и расчетные величины удобно представить в виде таблиц (таблица 6, 7).

Таблица 6 – Опытные данные

Наименование измеряемых и вычисляемых величин	Ед. измерен	Номера участков трубопровода
Температура воды, t	оС
Диаметр трубы, d	м
Пл. сечения,	м2
Разность уровней на дифманометре диафрагмы hд	мм
Расход воды	м3/с
Потери напора опытные	м

Таблица 7 – Расчетные данные

Наименование вычисляемых величин	Ед. измерен.	Участки трубопровода
Средняя скорость	м/с
Число Рейнольдса	-
Коэффициент гидравлического трения,	м
Потери напора расчетные	м
Относительное отклонение расчетных потерь напора от опытных	%

1) Средняя скорость жидкости в опытной трубе:

,

где Q – расход воды в опытной трубе, м³/с;

d – внутренний диаметр опытной трубы (справочные данные), м;

2) Критерий Рейнольдса:

,

где v – средняя скорость движения жидкости в трубе, м/с;

d– внутренний диаметр опытной трубы, м;

ρ – плотность жидкости, (в данной работе по трубопроводу протекает вода: плотность можно принять = 1000 кг/м³);

μ – коэффициент динамической вязкости жидкости, (справочные данные), Па^.с.

В данной лабораторной работе режим движения воды в трубопроводах – турбулентный (Re >10000), поэтому для расчета коэффициента трения необходимо рассчитать значение относительной шероховатости.

3) Относительная шероховатость:

ε = / d

где  – абсолютная шероховатость, (справочные данные), м;

d– внутренний диаметр опытной трубы, м;

4) Коэффициент трения:

= 0,11(68/ Re + ε )^0,25

Коэффициент трения можно также определить по экспериментальному графику (графику Мурина).

4) Расчетные потери напора:

,

где v – средняя скорость движения жидкости в трубе, м/с;

d– внутренний диаметр опытной трубы, м;

l – общая длина участка (участков) трубопровода, (справочные данные), м;

– коэффициент трения;

ξ – коэффициент местного сопротивления (справочные данные).

5) Определяют относительное отклонение расчетных потерь напора от опытных.

.

Справочные данные экспериментальной установки

1) Внутренний диаметр трубопровода:

участок 1-7 d = 44 мм,

участок 7-11 d = 36 мм.

2) Абсолютная шероховатость  = 0,3… 0,4 мм;

3) Длины участков (таблица 8)

Таблица 8 – Длина участков трубопровода

Участок	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	1-6	7-8	8-9	9-10	10-11	8-11
Длина, м	3,6	3,3	1,4	1,0	1,9	0,6	11,2	0,4	1,4	2,8	4,8	9,0

4 Коэффициенты местных сопротивлений  представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Коэффициенты местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Значение коэффициента местного сопротивления 
Диафрагмы	2,5
Плавного поворота на 90 (отвода)	0,3
Плавного поворота на 180	0,6
Внезапного сужения	0,25

Контрольные вопросы по результатам выполнения работы:

1. Виды потерь напора движении жидкости по трубам .

2. Потери напора по длине трубопровода. Расчетная формула.

3. Коэффициент трения  . Факторы, влияющие на коэффициент трения . Понятие шероховатости. График Мурина.

4. Потери напора на местных сопротивлениях. Природа потерь. Виды местных сопротивлений. Расчет потерь напора.

5. Принцип сложения потерь напора.

6. Опытное определение потерь напора. Методика эксперимента.