2 Построение пьезометрической и напорной линий для трубопровода переменного сечения

2.1 Цель работы

Построение пьезометрической и напорной линий трубопровода переменного сечения.

2.2 Общие сведения

Уравнение баланса удельной энергии (уравнение Бернулли) для движущегося потока реальной жидкости (рисунок 2.1) для двух сечений потока имеет вид:

(2.1)

где z₁, z₂ - высота положения центра тяжести живого сечения потока в сечениях 1 и 2 над произвольной горизонтальной плоскостью сравнения. м;

 - плотность жидкости, кг/ м³;

p₁, p₂- статическое давление в сечениях 1 и 2, Па;

w₁, w₂- средняя скорость потока в сечениях 1 и 2, м/с;

p_пот - потери давления на трение и местное сопротивление на пути потока от сечения 1 к сечению 2, Па.

Разделив уравнение (2.1) на g, получим уравнение Бернулли, каждое слагаемое которого имеет размерность [м], т.е. размерность напора (что создает удобства при проведении эксперимента):

(2.2)

Рисунок 2.1 - Схема движения потока

Первое слагаемое уравнения (2.2) определяет высоту положения центра тяжести живого сечения потока над произвольной горизонтальной плоскостью сравнения или плоскостью отсчета. 0-0 (рисунок 2.1) и называется геометрической высотой или геометрическим напором.

Второе слагаемое уравнения представляет высоту такого столба жидкости, который соответствует статическому давлению в данном сечении потока и называется пьезометрической высотой или пьезометрическим напором.

Сумма геометрической и пьезометрической высот определяет потенциальный напор.

Третье слагаемое уравнения называется скоростной высотой или скоростным напором и является мерой удельной кинетической энергии.

Сумма трех слагаемых уравнения Бернулли определяет полный напор, величина его характеризует полную удельную энергию в данном сечении потока.

Величина p_пот выражает суммарную потерю напора или энергии при движении жидкости на всем участке между рассматриваемыми сечениями потока.

3. Описание экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Экспериментальная установка

Трубопровод переменного сечения 2 состоит из нескольких последовательно соединенных между собой труб разного диаметра. На переходах от одного диаметра к другому установлены пьезометры 5. Все пьезометры выведены на специальные щиты, нуль шкалы которых совпадает с плоскостью сравнения, расположенной на оси трубопровода.

Вода, поступающая из водопровода по трубе 7, подается в напорный резервуар 1. В резервуаре 1 для поддержания постоянного уровня установлена сливная труба 8. Установленный в конце трубопровода 2 вентиль 3 регулирует расход воды. Из трубопровода вода по сливной трубе 4 поступает в сливную емкость 6.

3. Порядок выполнения работы

1. До начала работы необходимо убедиться в том, что в пьезометрах 5 уровни находятся на одной и той же высоте.

2. Включается подача воды по трубопроводу 7 в напорный бак 1.

3. После заполнения напорного бака 1 открывается вентиль 3 и в трубопроводе 2 устанавливается некоторый постоянный на протяжении всего опыта расход.

4. Снимаются показания пьезометров 5, установленных на трубопроводе 2. При колебаниях уровня следует фиксировать среднее положение уровня воды в пьезометрах. Данные заносятся в таблицу 2.1.

5. С помощью вентиля 3 устанавливают несколько (3..5) значений расхода и повторяют пункт 4.

3. Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитать расход воды Q в трех опытах.

Расход воды, л/с, определяется по разности второго и третьего пьезометров по следующей формуле:

Q =0,05 (h) ^0,46,

где h = h₂ –h₃, мм.

Полученные данные занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Экспериментальные данные

№ опыта	h1	h2	h3	h4	h5	h6	Q, м3/с
1
2
3
среднее

2. По измеренному расходу Q подсчитывают средние скорости движения во всех сечениях трубопровода, а затем скоростные напоры (удельную кинетическую энергию) и заносят в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты расчетов

Величина	Номера сечений пьезометров
	1	2		3		4		5		6
1. Площадь живых сечений трубопровода F,
2. Удельная потенциальная энергия Z + p/g
3. Скорость W = Q/F
4. Удельная кинетическая энергия W2/2g
5. Полная удельная энергия Е= Z + p/g + W2/2g
6. Потери энергии напора pпот

3. По показаниям пьезометров и значениям скоростных напоров подсчитывают полную удельную энергию в сечениях с занесением расчетных данных в таблицу 2.2.

4. По разностям полных удельных энергий в сечениях определяют потери энергии (напора) p_пот между ними.

5. По показаниям пьезометров на схему трубопровода наносят в определенном масштабе пьезометрическую линию.

6. По вычисленным значениям полной удельной энергии таким же образом наносят напорную линию.

2.6 Указания к оформлению отчета.

Отчет должен содержать цель работы, краткое теоретическое описание, схему установки, таблицы экспериментальных данных, расчеты полной удельной энергии и потери энергии напора, графики пьезометрической и напорной линий, выводы по полученным результатам.