Методички к лабораторным работам / Отчет истечение жидкости

Министерство общего и профессионального образования РФ

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ИЗ ОТВЕРСТИЙ И НАСАДОК

Балаково 2003

Ц е л ь р а б о т ы. Определить опытным путем коэффициент истечения и его зависимость от числа Рейнольдса для различных типов отверстий и насадок, получить навыки проведения экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Cхема истечения жидкости из малого отверстия в тонкой стенке представлена на рис.1.

Отверстие считается малым, если отношение площади подводящего

канала к площади отверстия больше 4 ( ) и диаметр отверстия меньше 0,1 приведенного апора (d<0.1H ) .

Стенка считается тонкой, если диаметр намного больше толщины стенки или имеется острая кромка.

К отверстию жидкость подтекает со всех сторон, поэтому в плоскости отверстия частицы движутся по криволинейным траекториям, и струя жидкости при выходе из отверстия резко сжимается.

На протяжении участка l₀ от внутренней поверхности стенки до сечения

с-с движение резко изменяющееся (неравномерное). Вблизи сечения с-с , которое называют сжатым сечением струи движение параллельноструйное и живое сечение потока плоское. Эпюра распределения скоростей - прямоугольная.

Расстояние до сжатого сечения от отверстия l₀  0,5 d

Коэффициент сжатия струи  - отношение площади сжатого сечения

к площади отверстия  .

Сжатие струи оказывается различным в зависимости от расположения отверстия относительно стенок и дна.

Сжатие струи по всему периметру называется полным. Полное сжатие наблюдается при удалении отверстия от дна и стенок. При примыкании отверстия к дну или стенкам сжатие неполное, не со всех сторон.

Сжатие называется совершенным, если на него не оказывают влияние дно и стенки резервуара. Для этого необходимо, чтобы расстояние от стенок и дна до отверстия было более трех диаметров.

Из уравнения Бернулли, записанного для сечений 1-1 и с-с получим:

,

где H_пр -приведенный напор

 _o -коэффициент сопротивления отверстия

Максимальная теоретическая скорость движения жидкости будет иметь место, если пренебречь потерями. Обозначим:

,

где ₀ -коэффициент скорости.

С физической точки зрения он представляет собой отношение действительной скорости движения жидкости к теоретической.

Расход жидкости:

Q=₀ ₀ , (1) ₀ = _{0 .} (2)

где ₀ - коэффициент расхода отверстия

В гидроприводе, когда основной составляющей напора является давление P,

H_пр = и Q=₀ ₀

Коэффициенты ₀ , _o , зависят от числа Рейнольдса.

Для турбулентного движения жидкости в квадратичной области

₀ = 0,62

При переменном напоре время опорожнения емкости с сечением постоянной площади определяется по выражению:

t = ,

где ₁ -площадь сечения емкости

₀ -площадь отверстия

H₁ и H₂ -напор в начале и конце опорожнения

 -коэффициент истечения из отверстия или насадка

Насадком называется весьма короткий напорный трубопровод определенной конфигурации потерями по длине которого пренебрегают и учитывают только местные потери напора.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Схема экспериментальной установки представлена на рис 3.

В формулах ( 1 ) и ( 2 ) для определения расхода, времени

опорожнения резервуара коэффициент истечения определяется

экспериментально или принимается из справочников.

В данной работе он рассчитывается по формуле:

= Q_д / Q_т ( 3 )

где Q_д - действительный расход жидкости

Q_т- теоретический расход жидкости

Q_т = ₀ ,

где ₀ -площадь сечения отверстия или насадка

H_пр -приведенный напор жидкости перед отверстием

В данном конкретном случае он является суммой высоты насадка

и высоты заполнения стеклянной трубы .

Расход жидкости определяется объемным способом по времени наполнения мерной емкости.

Q_{д =} W / t , ( 4 )

где W -объем мерной емкости

t -время наполнения емкости

Площадь сечения отверстия круглой формы определяется по формуле:

,

где d - диаметр отверстия

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Расчет величин, заносимых в таблицу, проводится по фор-

мулам приведенным выше.

Число Рейнольдса определяется по формуле:

,

где d -диаметр отверстия или насадка

H _{пр -} приведенный напор

 -кинематический коэффициент вязкости

После заполнения таблицы необходимо построить график зависимости коэффициента истечения от числа Рейнольдса.

Определение п о г р е ш н о с т и эксперимента

Случайными погрешностями пренебрегаем и рассмотрим только систематические погрешности. Погрешность расхода жидкости определяется как погрешность косвенных измерений.

Согласно выражению ( 4 ) относительная погрешность определения расхода составит:

,

где через обозначены абсолютные ошибки измерения отдельных величин, входящих в выражение ( 4 ).

В данной работе экспериментально измеряется время наполнения мерной емкости, уровень воды в стеклянной трубе и её температура.

Время измеряется секундомером, абсолютная ошибка измерения составляет  0,5 с.

Погрешность коэффициента расхода в соответствии с выражением

( 3 ) определится по формуле:

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. При каком соотношении диаметра отверстия и напора в баке отверстие считается малым?

2. По какой формуле определяется действительная скорость истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке?

3. По какой формуле определяется теоретическая скорость истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке?

4. Какая стенка называется тонкой?

5. По какой формуле определяется действительный расход жидкости вытекающей через малое отверстие в тонкой стенке в процессе выполнения данной работы?

6. По какой формуле определяется теоретический расход жидкости вытекающей через малое отверстие в тонкой стенке?

7. Что представляет собой коэффициент сжатия струи?

8. По какой формуле определяется площадь сжатого сечения струи?

9. По какой формуле определяется коэффициент местного сопротивления при входе в отверстие?

10. Какие потери учитываются при изучении истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке ?

11. Напишите уравнение неразрывности для потока несжимаемой жидкости.

12. Какой физический смысл имеет коэффициент скорости?

13. Какой физический смысл имеет коэффициент расхода?

14. Какая связь существует между коэффициентами сжатия, скорости и расхода?

Таблица

N оп	Напор привед. Нпр	Время наполн. t	Расход действит. Qд	Расход теоретич. Qт	Число Рейнольдса Rе	Коэффиц. расхода 
1	см	с	см3/c	см3/c
2
3
4
5
6
7
8

Температура воды при проведении опытов Т=

Кинематичекий коэффициент вязкости  =

Объём мерной ёмкости W=

6