Гидравлика. МУ к лабораторным работам

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

С учетом (5), (7) можно записать

В установившемся режиме скорости, а соответственно скоростные напоры, на участках постоянного диаметра постоянны. Тогда

Подставляя это в (10) и (11) с учетом (6) и (8), получим

Умножая (13) на два и вычитая из него (14):

из этого выражения величина местных потерь напора может быть вычислена как

В установившемся режиме расход Q в трубопроводе может быть измерен объемным методом, тогда скорости

Таким образом, используя измерительную схему (рис.10), методика позволяет определить потери напора на местном сопротивлении hM (16). Совместно с (4) это дает возможность определить экспериментальный коэффициент местного сопротивления ζM .

Целью настоящей работы является экспериментальное определение коэффициентов местного сопротивления внезапного расширения и внезапного

Страница 31 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

сужения и сравнение их с расчетными значениями, полученными теоретическим путем.

2. Описание установки.

Рис. 11 Напорный бак 1 (рис.11) присоединен к водопроводной сети 2 с помо-

щью крана К1. Труба 3 соединяет напорный бак с канализацией, предохраняя его от переполнения. Две горизонтально расположенные трубы 4 и 5 имеют местные сопротивления – внезапное расширение (на рисунке VR) и внезапное сужение (на рисунке VS). На конце каждой из этих труб установлены регулировочные краны К2 и К3, позволяющие изменять расход воды.

В зависимости от положения гибкого шланга 6 (или 7) поток из трубы 4 (или 5) направляется либо в сливной отсек “С” бака 8,либо в мерный “М” отсек этого бака. При закрытом кране К4 количество воды в мерном отсеке определяется с помощью водомерного стекла 9, шкала которого проградуирована в метрах.

На стене над трубами расположена панель измерительных инструментов 10, на которой расположены пьезометры П1, П2, П1’,П2’, измеряющие потери напора h1, h2, h1’, h2’ на соответствующих рабочих участках трубы.

3. Порядок выполнения работы.

Испытания проводить отдельно сначала для трубы 4, затем для трубы 5.

Страница 32 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

1.Установить постоянный напор в баке 1 (H=const), регулируя расход в одной из труб 4 (или 5) кранами К2 (или К3) и краном К1 на входе в напорный бак.

2.Определить расход Q воды, замеряя его объемным способом:

Q = Wt ,

где t – время заполнения объема W мерного бака 8.

3. Определить средние скорости движения воды на входе V1 и на выходе V2 из местного сопротивления.

d1=15мм, d2=20мм для внезапного расширения; d1=20мм, d2=15мм для внезапного сужения.

4.По измеренной температуре Т в мерном баке определить коэффициент кинематической вязкости ν (см. таблицу №) и вычислить число Рейнольдса:

Re1 = Vν1d1 ,Re2 = Vν2d2 .

5.Измерить потери напора h1 и h2 на пьезометрах П1 и П2.

6.По формуле (16) определить потери напора на местном сопротивлении

hМ , принимая значения коэффициента α в зависимости от режима движения потока. Для ламинарного α=2, для турбулентного α=1,1.

7.Определить экспериментальный коэффициент местного сопротивления ζМ по формуле (4).

8.При Re ≥104 определить погрешность коэффициентов местных сопротивлений, сравнивая их с теоретическими зависимостями (2), (3):

9.Изменяя степень открытия крана К2 (или К3),измерения и вычисления по п.1-8 повторить 3…4 раза.

10.Данные измерений и вычислений занести в таблицу

Страница 33 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

резервуаре и сжатого сечения струи С-С, можно получить формулу для скорости истечения из отверстия

- коэффициент скорости, зависящий от коэффициента Кориолиса α (обычно принимается α≈1), и коэффициента местного сопротивления ζот.

Vо<< V, и тогда Ho=H.

Коэффициент ϕот всегда меньше единицы и характеризует уменьшение скорости реальной жидкости по сравнению со скоростью идеальной жидкости.

Степень сжатия струи выражается коэффициентом сжатия

где ωс-- площадь сжатого сечения, ω – площадь отверстия.

Расход Q при истечении через отверстие определяется как произведе-

Здесь µот=ϕотεо – коэффициент расхода характеризует уменьшение расхода реальной жидкости по сравнению с расходом идеальной жидкости и поэтому всегда µот<1.

Опытное значение скорости Vоп истечения из отверстия можно определить из уравнения траектории струи

Здесь х и у – координаты какой либо точки на оси струи, если начало координат этой системы помещено в центре сечения С-С.

Цилиндрический насадок представляет собой короткий (длиной l=3d…4d) патрубок, прикрепленный к отверстию. (рис. 13).

Входящая в насадок струя жидкости, благодаря силам инерции сжимается до сечения ωс, затем расширяется и в выходном сечении В-В площадь транзитной струи равна площади отверстия. Зона вокруг сжатого сечения С-С является водоворотной и характеризуется наличием вакуума в ней.

Страница 36 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Рис.13

Скорость V и расход Q при истечении из насадка определяются аналогично (2), (6)

V =ϕн 2gH; Q = µнω 2gH ; (8)

где ϕн, µн – коэффициенты скорости и расхода насадка, которые вычисляются по соответствующим формулам:

Целью настоящей работы является:

1.Определение скорости V истечения воды через малое круглое отверстие при заданном напоре Н по формуле (2) и сравнение полученной величины с контрольным значением по замеренным координатам х и у по формуле (7);

2.Определение расхода воды при заданном напоре Н при истечении через малое круглое отверстие по формуле (6) и через цилиндрический насадок по формуле (8) и сравнение полученных результатов с контрольными значениями расходов Q, определенных объемным методом.

Страница 37 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

2. Описание установки

Прямоугольный вертикально установленный резервуар 1 (рис.14), имеющий в плане размеры 0,3м×0,3м присоединен к водопроводной сети 2 с помощью вентиля К1. Вентиль К2 соединяет резервуар со сливной линией 3.

Рис.14

На стенке резервуара имеется отверстие – гнездо с резьбой, дающее возможность установить сменные пластинки 4.

Набор пластинок:

а) с круглым отверстием d=10 мм; б) с квадратным отверстием a=10 мм;

в) с цилиндрическим насадком, имеющим внутренний диаметр d=10мм и длину l=40 мм.

В нерабочее время отверстие целиком закрыто клапаном 5, который во время работы открывается с помощью рычага 6.

Водомерное стекло со шкалой (на рис. не показано), имеющее нулевое деление на уровне центра отверстия, служит для определения геометрического напора Н.

Горизонтально установленная мерная линейка 7 с ползунком 8, имеющим выдвижной щуп, необходима для измерения координат Х и У ка- кой-либо точки в центре струи.

Бак 9 имеет перегородку, которая делит его на два отделения. Над перегородкой на передвижной оси установлен небольшой перекидной лоток 10. В зависимости от положения лотка вода из струеуловителя 11 попадает в

Страница 38 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

сливное отделение или в мерное. Количество воды в баке определяется с помощью водомерного стекла 12.

3.Порядок выполнения работы

1.Закрыть вентили К2 и К3. Лоток 10 поставить так, чтобы вода стекала в сливной отсек мерного бака 9.

2.При закрытом клапане 5 открыть вентиль К1 и резервуар наполнить водой до желаемого уровня. В гнездо поставить сменную пластинку 4 с круглым отверстием.

3.Открыть клапан 5. Регулировкой вентилей К1 и К2. достичь постоянного уровня воды в резервуаре.

4.Лоток 10 поставить в другое положение и одновременно включить секундомер.

5.Измерить и записать геометрический напор Н, координаты Х и У какой-либо точки траектории струи при истечении через отверстие.

6.По достижению определенного уровня мерного бака лоток 10 поставить в первое положение и одновременно остановить секундомер. Записать значения объема воды W и продолжительность его наполнения .

7.Закрыть клапан 5 и вентиль К1.

8.Открыть вентиль К3 и слить воду из мерного бака.

9.Эти операции повторить для других отверстий, а также для цилиндрического насадка.

10.Вычислить скорость истечения из отверстия определенной формы по формуле (2).

11.Вычислить опытное значение скорости истечения из отверстия по формуле (7).

12.Вычислить относительную погрешность определения скорости

13. Определить расход воды при заданном напоре Н при истечении через малое круглое отверстие по формуле (6) и через цилиндрический насадок при том же напоре Н по формуле (8).

14. Опытное значение расхода определяется объемным методом.

по п.12 определить относительную погрешность δVнас

Страница 39 из 48

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидравлика»

Страница 40 из 48