3. Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка (рис.12) состоит из трубопровода (), присоединенного к головной части гидравлического лотка. Вода поступает в эту часть из центрального напорного бака лаборатории и частично сбрасывается через треугольный водослив в лоток. Этим самым в головной части поддерживается приблизительно постоянный уровень, обеспечивающий установившиеся режимы в трубопроводе.

Рис 12

Расход воды в установке регулируется задвижкой, расположенной в конце трубопровода, и измеряется весовым способом.

Потери на трение на участке трубопровода длиной получаются как разность показаний пьезометров, установленных в начале и в конце участка, т.е.

. (3)

4. Прядок проведения работы

При проведении опытов измеряется температура воды для определения кинематического коэффициента вязкости.

Пуск установки начинается с открытия задвижки на трубопроводе, питающем большой лоток, и достижения здесь установившегося режима.

После проверки работы пьезометров последовательно устанавливается несколько режимов течения в трубопроводе с различными величинами расходов. В каждом режиме фиксируются величины расходов и показания пьезометров.

5. Обработка опытных данных

Обработка опытных данных производится по табличной форме

№

W

t

Q

Re

см

сек

-

-

1

2

По данным таблицы строятся графики:

1. в натуральных координатах и ;

2. в логарифмических координатах и

Последний график служит для графического определения показателя степени в соответствии с указанной выше методикой. Вид этих графиков приведен на рис. 13.

В заключение следует вычислить значение коэффициента гидравлического трения  из формулы Дарси (4), используя опытные данные.

. (4)

6. Выводы

По полученной величине показателя степени в формуле потерь напора следует сделать вывод о режиме движения жидкости, имевшем место при проведении опытов (ламинарный режим; турбулентный режим, зона «гидравлически гладких» труб и т.п.).

Рис 13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

1. Наименование работы

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРИ НАПОРА ПРИ ВНЕЗАПНОМ РАСШИРЕНИИ ТРУБОПРОВОДА»

2. Основные сведения из теории

Внезапное расширение трубопровода является типичным местным сопротивлением. Поток по выходе из трубы меньшего диаметра (сечение I) постепенно расширяется и в некотором сечении II заполняет все сечение трубы большего диаметра (рис.14).

В области между стенкой трубы и основной струей образуется зона, являющаяся главной причиной интенсивного гашения энергии.

Как показывает опыт, потери напора на участке “внезапного расширения” (I-II) значительно превосходят обычные потери на трение и последними в связи с этим можно пренебречь.

Совместное применение уравнения Бернулли для сечений потока I и II и уравнения количества движения для отсека жидкости I-II, без учета потерь на трение, позволяет определить теоретически потери напора при внезапном расширении в виде:

. (1)

Это выражение называют формулой Борда – Карно. Здесь ₁ и ₂ - средние скорости в сечениях I и II.

При вычислении потери напора опытным путем используется уравнение Бернулли, из которого получается:

, (2)

где z_I^* - отметка пьезометра (от условной плоскости сравнения) в сечении перед расширением (I);

z_II^*- отметка пьезометра в месте расширения (II).

3. Описание экспериментальной установки.

Экспериментальная установка состоит из трубы, состоящей из участков двух диаметров d₁ и d₂ присоединенной к головной части гидравлического лотка (рис. 14).

Рис 14

Регулирование расхода воды, протекающей по трубопроводу, осуществляется задвижкой, расположенной в конце его.

Расход измеряется весовым способом.

На трубе меньшего диаметра установлено два пьезометра, на трубе большего диаметра – несколько (5-6) пьезометров. Это сделано для того, чтобы выяснить место полного расширения струи, т.е. сечение II.

4. Порядок проведения работы.

Порядок выполнения работы тот же, что и в предыдущей работе, с той лишь разницей, что здесь приходится фиксировать показания большего количества пьезометров (6-8). При этом z_I^* определяется экстраполяцией исходя из показаний первого и второго пьезометров на узкой части трубы, а отсчет z_II^* берется, как наибольший из показаний пьезометров, закрепленных на широкой части трубы, поскольку именно он соответствует полному расширению струи.

5. Обработка опытных данных

Обработка экспериментальных данных ведется в табличной форме.

№			W	t	Q
	см			сек				см		%
1
2

см

Потери напора теоретические h_в.р.^теор. определяются по формуле (1), потери напора опытные h_в.р.^оп. находятся по формуле (2). Расхождение между ними при правильном и аккуратном исполнении не должно превышать нескольких процентов.

Кроме указанного необходимо построить для одного из расходов диаграмму уравнения Бернулли (рис.15).

Рис 15

6. Выводы

В выводах по работе нужно сделать сопоставление опытных и теоретических данных и объяснить причины полученных расхождений. При этом следует иметь в виду возможные погрешности при изменении расхода жидкостей и отчетах показаний пьезометров, а также допущения, принятые при выводе формулы Борда.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

1. Наименование работы

«ИСТЕЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ МАЛОЕ КРУГЛОЕ ОТВЕРСТИЕ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ»

2. Основные сведения из теории

В практике гидравлических расчетов возникают задачи, связанные с определением расхода воды, вытекающей из отверстия в тонкой стенке. Под тонкой стенкой при этом подразумевается такая стенка, с которой струя, вытекающая из отверстия, на своем дальнейшем пути не соприкасается (или, когда толщина стенки мала по сравнению с диаметром отверстия d_о). Малым называется отверстие, размер которого невелик по сравнению с напором d_oH.

Расход воды в этом случае может быть подсчитан по формуле:

, (1)

где - коэффициент расхода;

- площадь отверстия;

- напор, отсчитываемый от центра отверстия;

- ускорение силы тяжести.

Из теории следует, что коэффициент расхода в случае истечения жидкости из отверстия равен произведению двух коэффициентов: скоростного коэффициента и коэффициента сжатия .

, (2)

, (3)

где - площадь сжатого сечения струи, которая берется на расстоянии, равном примерно половине диаметра отверстия от стенки резервуара.

В свою очередь

, (4)

где - коэффициент, учитывающий потери напора, имеющие место при истечении жидкости через отверстие.

Используя формулу расхода, нетрудно получить также величину скорости в сжатом сечении

, (5)

что позволит в дальнейшем использовать данную формулу для экспериментального определения коэффициента .

Таким образом, для вычисления коэффициента расхода отверстия опытным путем можно использовать как формулу (1), так и формулу (3). Значения коэффициентов расхода, получение по этим формулам в ниже приведенной таблице, обозначены соответственно ⁽¹⁾ и ⁽²⁾, и при аккуратном проведении опыта должен иметь близкие значения.

3. Описание экспериментальной установки

Установка для изучения истечения жидкости через отверстия (рис.16) состоит из резервуара, в котором обеспечивается постоянный уровень воды.

Рис 16

В боковой стенке расположен прибор Вейсбаха (на схеме не изображен) с гнездом, которое позволяет устанавливать сменные приспособления с отверстиями различных форм и диаметров. Напор в резервуаре измеряется пьезометром, начало отсчета, в котором соответствует центру отверстия.

4. Порядок проведения работы

Для нахождения коэффициента расхода из формулы (1) в опытах определяется расход Q весовым способом и напор Н. Поскольку площадь отверстия известна, неизвестной величиной остается лишь коэффициент расхода ⁽¹⁾.

Для нахождения коэффициента расхода отверстия из формулы (3) следует измерить диаметр сжатого сечения струи. Зная , можно по формуле (2) вычислить значения коэффициента сжатия и по формуле (5) значение скоростного коэффициента . Произведение двух последних коэффициентов дает значение коэффициента ⁽²⁾. Следует иметь в виду, что второй способ определения коэффициента расхода является менее точным, что объясняет погрешность опытов.

В заключении работы демонстрируются формы поперечного сечения струй, вытекающих из треугольного, прямоугольного и крестообразного отверстий. Наблюдаемое при этом изменение формы сечения носит название инверсии струи.