фБТ БИ 2курс / метод / 3

об’ємної витрати Q рідини у загальному трубопроводі. Як було зазначено вище, у даній роботі приймається припущення: на початку та в кінці кожної з досліджуваних ділянок трубопроводу 1 2 1 .

Розрахункове визначення місцевих втрат напору на будь-якій фасонній ділянці трубопроводу здійснюється за допомогою формули Вейсбаха, згідно з якою втрати енергії виражено у частках швидкісного

напору:

трубопроводу; j – коефіцієнт місцевого опору, віднесений до відповідного перерізу j (тобто у загальному випадку, коли 1 2 , існує два значення коефіцієнта місцевого опору: 1 — відносно вхідного перерізу ділянки, та

2 — відносно її вихідного перерізу, причому 1 2 ).

Важливо підкреслити: взаємна відповідність значень j та Vj , що підкреслено одним індексом j , має сенс лише для місцевих опорів змінного поперечного перерізу. Для ділянок з 1 2 , тобто при V1 V2 , задача спрощується: .

Значення коефіцієнтів місцевих опорів в залежності від геометричних параметрів відповідної ділянки трубопроводу та числа Рейнольдса наводяться в гідравлічних довідниках. Слід зауважити, що наведені у довідниках величини коефіцієнтів місцевих опорів, а також формули та графіки для визначення їх відповідають випадкам, коли в ділянку місцевого опору входить потік із сформованою при даному режимі течії епюрою розподілу швидкості, а вихідний переріз ділянки розташовано на відстані,

21

де під дією сил в’язкості відбулося відновлення епюри розподілу швидкості,

що була деформована місцевим опором.

На ділянці раптового розширення трубопроводу втрати напору, за умов нехтування деформаціями епюр швидкості у вхідному та вихідному перерізах, можуть бути визначені згідно з теоремою Борда-Карно:

тобто: «втрати напору при раптовому розширенні дорівнюють швидкісному напору від втраченої швидкості» (V1 та V2 — середні

швидкості руху рідини до та після раптового розширення).

Формула (18) задовільно підтверджується дослідами у випадку турбулентної течії, коли переріз 2 береться достатньо далеко за місцем розширення.

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДІВ

2.1. СХЕМА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

Схему експериментальної установки для дослідження місцевих опорів приведено на рис. 7.8. Експериментальна установка являє собою горизонтальний трубопровід, у якому розташовані такі ділянки місцевих опорів: П-подібне закруглення, дифузор, конфузор, раптове розширення, раптове звуження, вентиль (в гідравлічній лабораторії №1 усі ділянки розташовано послідовно; в гідравлічній лабораторії №2 ділянки раптових розширення, звуження та вентиля підключено в окрему паралельну вітку).

Трубопровід (або кожна з його паралельних віток в лабораторії №2)

обладнаний витратомірним приладом, витратомірну діафрагма якого завчасно градуйовано h f (Q) .

22

Лабораторна робота №7

Визначення коефіцієнтів місцевих опорів

Таблиця спостережень

Таблиця результатів

23

Рис. 7.8. Взірець протоколу лабораторної роботи № 7 Передбачено також можливість вимірювання об’ємної витрати води

через трубопровід за допомогою мірної ємкості (в кінцевій частині трубопровідної системи) та секундоміра. Біля кожної з ділянок місцевих опорів встановлені п’єзометри (або диференціальні манометри) для

перерізах до та після досліджуваних ділянок. До складу установки входять також два вентилі (на початку та в кінці трубопроводу) для установлення й регулювання витрати води.

2.2ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

1)Визначити та внести до зошиту лабораторних робіт геометричні параметри (діаметри, площі перерізів) ділянок трубопровідної системи.

2)За допомогою вентилів встановити довільну витрату води в трубопроводі та промити трубопровідну систему установки, а також імпульсні трубки диференціального манометра витратоміру і п’єзометрів до повного видалення повітря із системи.

3)Тими ж вентилями встановити витрату, що відповідає першому режиму дослідів відповідно до програми дослідження.

4)Здійснити вимірювання:

–об’ємної витрати Q рідини в системі — за перепадом h рівнів води

удиференціальному манометрі витратомірної діафрагми з використанням її тарувального графіка (або об’ємним засобом);

–рівнів рідини hj в п’єзометрах (диференціальних манометрах), що

підключені до досліджуваних ділянок місцевих опорів.

5)Виконати другий дослід при іншому значенні об’ємної витрати.

6)Для усіх дослідів розрахувати:

24

– величини середньої швидкості руху води у вхідних та вихідних

;

V2

–відповідні значення швидкісних напорів 2gj ;

–покази п’єзометрів та різниці п’єзометричних висот hj hj 1 на кожній

здосліджуваних ділянок трубопроводу;

–місцеві втрати напору hм H на кожній з досліджуваних ділянок на

підставі обчислених вище дослідних величин та рівняння (5), приймаючи

1 2 1 ; для раптового розширення також розрахувати втрати напору за формулою Борда-Карно (18).

7) Визначити дослідні значення коефіцієнтів місцевих опорів j кожної з ділянок трубопроводу за допомогою формули Вейсбаха (17) наступним чином:

j hм 2g Vj2

відповідно до попередньо прийнятого характерного поперечного перерізу ділянки (на вході ділянки j 1 або на виході j 2 ).

8) Всі дані занести до таблиць спостережень та результатів дослідів.

3. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Яка природа місцевих гідравлічних опорів?

2.Що таке «напір» рухомої рідини та «втрати напору»?

3.Записати рівняння Д. Бернуллі для потоку реальної нестисливої рідини.

4. Дати тлумачення членам рівняння Д. Бернуллі.

25

5.Як відрізняється дослідне визначення місцевих втрат напору для ділянок однакового та змінного діаметрів?

6.Як визначити втрати напору на раптовому розширенні труби експериментальним та розрахунковим шляхом?

7.Записати формулу Вейсбаха для визначення місцевих втрат напору.

8. Яка величина швидкісного напору має бути підставлена в формулу Вейсбаха для розрахункового визначення втрат напору на ділянці змінного поперечного перерізу?

9. Які ділянки трубопроводу називають «дифузором» та «конфузором» для випадку дозвукової течії рідини?

10. Сформулюйте теорему Борда-Карно.

11. Від яких факторів залежить коефіцієнт місцевого опору?

12. Як дослідним шляхом визначити коефіцієнт місцевого опору?

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Повх И. Л. Техническая гидромеханика. – Л.: Машиностроение, 1976. –

504с.

2.Емцев Б. Т. Техническая гидромеханика. – М.: Машиностроение, 1987.–

440с.

3.Єфремов І. І., Турик В.М. Основи механіки рідини та газу. – К.: НМК ВО,

1990.– 84 с.

4.Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др.

– М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.

5.Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Ученик для вузов. – М.: Энергоатомиздат,

1984. – 640 с.

6. Колчунов В.І. Теоретична та прикладна гідромеханіка: Навч. посібник. –

К.: НАУ, 2004. – 336 с.

26