bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

Подводящая труба 5 связана с напорным баком 7, заполнение которого производится при помощи центробежного насоса 8. Для поддержания постоянного уровня в напорном баке используется труба холостого сброса 9, оснащенная задвижкой 10. Для определения уровня воды в напорном баке используется пьезометр 11. Для приема воды, подаваемой по нагнетательной трубе 12, используется напорный бачок 13. Последний при помощи сливной трубы 14 с гибким наконечником 15 может соединяться либо с мерным бачком 16, либо с трубой холостого сброса 9. Для регулирования расхода на нагнетательной трубе 12 имеется кран 17.

Вода, вытекающая через сбросной клапан 2, может направляться при помощи трубы 18 с концевым гибким наконечником 19 либо в мерный бачок 16, либо в трубу 9 холостого сброса.

Порядок выполнения работы

1.Включить центробежный насос 8, который подает воду в напорный бак 7.

2.После установления постоянного уровня в напорном баке открыть задвижку 6 на подводящей трубе 5. При этом сбросной клапан 2 и кран 17 должны быть закрыты.

3.Для запуска тарана в работу необходимо рукой нажать на сбросной клапан 2 и опустить его вниз до упора. При необходимости эту операцию повторить несколько раз до тех пор, пока таран не начнет работать в автоматическом режиме (выход на такой режим работы подтверждается периодичностью возникающих гидравлических ударов). После выхода тарана на рабочий режим необходимо открыть кран 17.

4.После заполнения напорного бачка 13 произвести следующие измерения:

Расходы Qi и Qi определяются объемным способом. Для этого определяются объемы воды W\ и Wj, поступившие в мерный бачок

16, а также время г, и /2 на заполнение последнего. Тогда Q^ = — и

2.Наблюдение инверсии струи, вытекающей из отверстий различного очертания; исследование характера истечения из различных насадков.

3.Измерение вакуума в насадке Вешури и наблюдение его срыва.

4.Экспериментальное определение времени частичного опорожнения напорного бака и сравнение его с теоретическим.

Общие сведения

Малым называется такое отверстие, при расчете истечения из которого пренебрегают скоростью подхода и считают местные скорости во всех точках сжатого сечения практически одинаковыми, что наблюдается при h (или d) < 0,1 Я^, где h вертикальный размер в случае некруглого отверстия; d - диаметр круглого отверстия; Я - напор относительно плоскости сравнения 0-0, проведенной через центр тяжести площади со отверстия (рис. 9.1).

3<(2-2,5)d

-—

О-ГГ- ' t . c r

%

со 2'

Рис. 9.1

Стенка считается в гидравлическом смысле тонкой, если ее толщина 5 < (2.. .2,5)rf. В этом случае толщина стенки не влияет на истечение жидкости и в расчет принимается только местное сопротивление, возникающее при сжатии струи. В частном случае края отверстия могут иметь заостренную кромку.

Сжатое сечение площадью ©с образуется на расстоянии / = (0,5... 1 )£/. Сжатие обусловливается инерщ^вй частиц жидкости, движущихся по

криволинейным непараллельным траекториям при подходе к отверстию. Движение жидкости в сжатом сечении практически плавно изменяющееся; площадь этого сечения определяется зависимостью

Юс = SCO,

где е - коэффициент сжатия струи; со - площадь отверстия. Степень сжатия струи влияет на пропускную способность отвер-

стия: чем больше сжатие, тем меньше расход при прочих равных условиях истечения. Различают следующие типь1 сжатия: неполное - струя сжимается не по всему периметру отверстия, полное - сжатие по всему периметру. В свою очередь полное сжатие может быть совершенным и несовершенным. Тип сжатия струи определяется расположением отверстия относительно боковых стенок и дна резервуара. ;

Если рассматривать истечение при постоянном напоре и написать уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости сравнения 0-0 (см. рис. 9.1), то можно получить следующие расчетные формулы:

где V - скорость в сжатом сечении; g - ускорение силы тяжести; (р - безразмерный коэффициент скорости; Я - напор; Q - расход; ц - безразмерный коэффициент расхода.

Коэффициенты ф и ц определяются по зависимостям:

где - коэффициент сопротивления.

Физический смысл коэффициента скорости ф становится очевидным после преобразования формулы (9.1):

1Сак показали опыты, для малых крзо-лых отверстий в тонкой стенке при совершенном сжатии и турбуленпю* режиме (квадратичная зона сопротивления) перечисленные коэффйИ^йенты имеют следую- 1цие численные значения: ц = 0,62; (р = 0,97; е = 0,64; ^ = 0,06.

Истечение жидкости из отверстий сопровождается инрерсией струи, т. е. изменением формы поперечного сечения по длине струи. Так, например, при истечении из квадратного отверстия струя в сжатом сечении имеет форму восьмиугольника, а за сжатым сече-

- крестообразную форму.

Истечение жидкостей из отверстий часто встречается в гидро- техй5РМ*яшх сооружениях, например, сброс воды из верхнего бьефа через различные донные отверстия и через отверстия для наполнения шлюзовых камер. Расчетные зависимости, соответствуюище истечению из малых отверстий, используются для определения расхода и потерь давления в мерных шайбах, золотниковых распределителях, в различных клапанах, в диафрагменных дросселях и многих других устройствах гидравлических систем.

HacafljwM называется короткая напорная труба длиной I = {3..A)d, присоединенная к отверстию. При гидравлическом расчете насадка >т1итываются только местные потери напора (потерями напора по длине пренебрегают ввиду их малости). Различа1Ш^сдедуюище-ас= новные типы насадков: цилиндрические, конические (расходящие-

-тя-тПйсодящйеся) и коноидальные^Указанные насадки могзт располагаться на внутренней или внешней стенке резервуара. Насадки увеличивают пропускную способность отверстия и придают вытекающей струе определенные свойства. Например, конически расходящийся насадок формирует сильно аэрированную струю с большим расходом, но с малой кинетической энергией и незначительной дальностью отлета струи. Насадки широко используются в технике - это всевозможные форсунки и жиклеры, водосбросные отсасывающие трубы, сопла активных турбин, наконечники брандспойтов и гидромониторов; применяются в струйных насосах, гидроэлеваторах, ракетных двигателях, дождевальных установках и т. п.

Расчетные зависимости при истечении жидкости через насадки те же, что и при истечении из отверстий. Следует подчеркнуть, что в формуле (9.2) величина со - площадь насадка на выходе. Каждый насадок в зоне квадратичного сопротивления имеет постоянные

численные значения коэффициентов ц, ф, е и отнесенные к выходному сечению насадков. Значения этих коэффициентов приводятся в учебной и справочной литературе.

Рассмотрим истечение жидкости из внешнего цилиндрического насадка - насадка Вентури (рис. 9.2).

Рис. 9.2

Длина такого насадка находится в пределах (3,5.. A)d< /« < ~ (6...T)d. Струя на входе в насадок сжимается, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке, далее (при достаточной длине насадка) струя расширяется и вытекает полным сечением. Сжатую зон>' транзитной струи охватывают водоворотные области. Если струя вытекает в среду с.^мосферным ^аш1§нием, то в зоне сжатия струи устанавливается (согаЯСНо^^авн^ию Бернулли) абсолютное давление, меньшее атмосферного, т. е. вакуум, так как скорость истечения из насадка меньше скорости в сжатом сечении. Вакуум можно замерить жидкостным вакуумметром, подключенным к сжатой зоне струи, причем h ^ ~ 0,74Я.

Для насадка Вентури в зоне квадратичного сопротивления опытами определены численные значения коэффициентов: р,„ = ф„ = 0,82; ^н = 1; ^н = 0,5. Сравнение указанных коэффициентов для насадка и отверстия показывает, что скорость истечения из насадка меньше, чем из отверстия (% < ф), за счет возросшего сопротивления в насадке (i; > (;„), но расход через насадок Вентури все же больше расхода через отверстие ()д^,> ц). Это объясняется отсутствием сжатия

струи на выходе из насадка (£„ = 1) и некоторым увеличением скорости в сжатом сечении из-за подсасывающего влияния вакуума.

Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре относится к неустановившемуся движению и находит применение при определении времени частичного или полного опорожнения различных емкостей (шлюзовых камер, цистерн, сосудов).

Теоретическая формула для определения времени частичного опорожнения призматического резервуара (рис. 9.3) имеет вид

где - площадь поперечного сечения резервуара; Щ - а Н г - начальный и конечный напоры.

L ^

со

4

Ы

Рис. 9.3

Время полного опорожнения определяется по формуле (9.11) при условии Яг = 0.

Описание опытной установки

Вода центробежным насосом 1 (рис. 9.4) по трубе 3 подается в напорный бак 5, в стенке которого сделан специальный круглый вырез 8 с резьбой. В этом вырезе с помощью резьбового соединения крепятся съемные диски с различными исследуемыми отверстиями или насадками. Отверстие может перекрываться поворотным клапаном 7. Расход поступающей в бак воды регулируется задвижкой 2. Для поддержания в баке постоянного напора Я служигг труба холостого сброса 6. Напор измеряется пьезометром 4. Определение расхода струи производится "С^омовдью мернпттгбяЦка 9, установленного вместе с весами на подвижной платформе 10. Для измерения координат центра произвольного сечения струи служит координат-

68

ник 11, состоящий из горизонтальной и подвижной вертикальной реек с делениями, нуль которых соответствует центру сжатого сечения струи.

Рис. 9.4

Порядок выполнения работы

1. В вырезе 8 установить диск с круглым отверстием и перекрыть поворотным клапаном 7.

2.Включить центробежный насос 1 и открыть задвижку 2 на трубе 3, по которой вода поступает в напорный бак 5.

3.После наполнения напорного бака и установления в нем постоянного напора Н, при котором происходит слив небольшого объема воды по трубе холостого сброса 6, открыть клапан 7, после чего из отверстия вытечет струя, падающая по параболической траектории в водооборотный бассейн.

4.По пьезометру 4 измерить напор Я и с помощью коордйнатника 11 определить координаты л: и>' в трех произвольных сечениях струи.

5.Для подсчета расхода Q определить вес воды (объем в литрах), поступившей в мерный бачок 9 за время t. Измерение расхода произвести три раза.

6.Отверстие перекрыть поворотным клапаном 7 и в вырезе 8 вместо диска с отверстием закрепить диск с насадком Вешури. Затем измерить напор, расход (как при истечении из отверстия) и вакуум в насадке с помощью жидкостного вакуумметра.