594. Скоростной напор в потоке определяется с помощью трубки Пито и пьезометрической трубки. У трубки Пито изогнутый конец направлен против движения потока. Перед отверстием трубки ско­рость набегающей струйки потока уменьшается до нуля и образуется застойная зона, в которой давление, согласно уравнению Бернулли, возрастает. Под действием этого давления жидкость в трубке Пито поднимается на высоту Ьпт, равную сумме пьезометрического и скоро­стного напоров: Ьпт = Ьпз +hcK • Трубка Пито и пьезометрическая труб­ка должны быть установлены так, чтобы центры сечений на входе в эти трубки лежали в исследуемом сечении трубопровода. По разности уровней в них определяют скоростной напор и соответственно мест­ную скорость в точке потока, совпадающей с центром сечения входа в трубку Пито:

595. Ьек= —= h^-h„3 . (4)

596. 2g

597. Цель работы: 1) уяснение физического смысла уравнения Бер­нулли; 2) определение потерь напора в трубопроводе переменного се­чения; 3) ознакомление со способами измерения средней и локальной скоростей движения жидкости.

598. Приборы и оборудование: Установка с трубопроводом пере­менного сечения, пьезометрические трубки, трубки Пито, секундомер.

599. Описание установки

600. Установка для демонстрации уравнения Бернулли (рис. 1) со­стоит из напорного бака 1, наклонного трубопровода переменного се­чения 2 и мерного бака 3 со сливным отсеком 4. Стальной трубопро­вод переменного сечения, по которому протекает исследуемый поток жидкости, состоит из четырех прямых участков постоянного сечения, между которыми имеются сужения. Диаметры участков di, d2, ds, d4 указаны на стенде. В некотором сечении каждого участка трубопро­вода установлены пьезометрическая трубка 10 и трубка Пито 11, центр изогнутого конца которой находится на оси трубы переменного сечения.

601. Для отсчета уровня воды в трубках имеются шкалы с началом отсчета от центров сечений.

602. 52

603. Вода из трубопровода переменного сечения поступает в мерный бак 3 емкостью 28 литров (28-10' м ). Вода в напорный бак подводится из водопроводной сети лаборатории. Ее количество регулируется вентилем 5. Расход воды в трубопроводе переменного сечения изме­няется краном 6. Через вентиль 9 производится слив воды из мерного бака. Благодаря сливной воронке уровень воды в напорном баке под­держивается постоянным.

604. Порядок проведения опытов.

605. Опыт начинается с открытия вентиля 5 и наполнения водой на­порного бака до уровня сливной воронки. Затем открывается кран 6 и в трубе переменного сечения 2 устанавливается постоянный во време­ни расход воды, что характеризуется неизменным уровнем воды в из­мерительных трубках. При этом вентиль 5 должен быть открыт так, чтобы обеспечивался небольшой, но непрерывный слив воды через сливную воронку напорного бака.

606. После достижения установившегося движения отсчитываются уровни воды в трубках Пито и пьезометрических трубках во всех че­тырех сечениях. Фиксируются также значения геометрических напо­ров во всех сечениях, которые определяются как расстояния от цен­тров сечений до плоскости сравнения, проходящей через ось горизон­тальных участков 3 и 4. Необходимо убедиться в отсутствии воды в мерном баке, закрыть вентиль 9 и направить поворотную трубу в мер­ный бак 3. Одновременно с этим включается секундомер, который останавливается в момент полного заполнения бака (до уровня пере­ливной стенки).

607. По окончании опыта последовательно закрывают вентиль 5, кран 6 и открывают сливной вентиль 9.

608. Величина потерь напора на участках между сечениями трубы i и j определяется исходя из уравнения (3) по разности полных напоров в начальном и конечном сечениях рассматриваемых участков, т. е.

609. Ah,,

610. f ^л „ ^

611. 2g pg

612. ^w^ Pi 1

     19. 2g pg '

613. - + —+ z, , (5)

614. Ah. .=(h .+z.)-(h .+z.)

615. i-j V ПТ1 I' V nrj J'

616. 53

617. Скоростной напор в рассматриваемых сечениях определяется по разности показаний трубки Пито и пьезометрической трубки из соот­ношения (4). По величине скоростного напора для каждого сечения вычисляется местная (локальная) скорость движения жидкости на оси потока:

618. Величина средней скорости в сечениях определяется из уравне­ния расхода:

619. ' I'^i'

620. где расход V = — ; Sj = — , V - объем воды, равный емкости мер-

621. t 4

622. ного бака; t - время заполнения мерного бака.

623. По результатам расчетов строится диаграмма Бернулли, которая в графической форме дает возможность наглядно изобразить напоры в любом сечении трубы и потери напора на участках (рис. 2).

624. Осью абсцисс в диаграмме является плоскость сравнения, на ней откладываются в некотором масштабе расстояния между сече­ниями (li, I2 и 1з указаны на стенде), на оси ординат - величины напо­ров в рассматриваемых сечениях. Через концы отрезков, изображаю­щих соответствующие напоры, проводят линии полного, статического и геометрического напоров.

625. Линия полного напора идеальной жидкости проводится парал­лельно оси абсцисс на расстоянии (hnai+Zi) от плоскости сравнения. За счет потерь на трение линия полного напора вязкой жидкости на каж­дом прямом участке трубы должна иметь некоторый уклон в сторону течения жидкости. Однако на данной экспериментальной установке эти потери очень малы. Поэтому на каждом участке через точки пол­ных напоров в данных сечениях проводятся условно с небольшим на­клоном линии полного напора до границ сужений а, Ь, с. Затем точки пересечения линий полных напоров с границами сужений соединяют отрезками прямых. В сужениях между отдельными участками проис­ходит деформация потока, что приводит к вихреобразованию и к бо­лее резкому падению полного напора, чем на прямых участках трубо­провода.

626. 54

627. Линия статического напора на прямых участках проводится па­раллельно соответствующим линиям полного напора, поскольку на прямых участках скорость потока (и скоростные напоры) не изменяет­ся. Как это следует из уравнения Бернулли, в сужениях происходит сначала резкое уменьшение, а затем возрастание статического напора. Так как в местах сужений не осуществляются измерения напоров, ли­ния статического напора в сечениях а, Ь, с проводится произвольно (см. рис. 2).

628. линия полного напора идеальной жмдкости

630. 20. 

     21. а ■ 2 b

     22. линия геометрического напора

     23. 3 С 4

     24. плоскость сравнения

     Рис. 2. Диаграмма Бернулли

Линия геометрического напора проводится через центры рас­сматриваемых сечений трубопровода.

Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу:

55

в нашем случае t = с. V=28 10 ^ м^

№ сечения	Z, см	Ьпз, см	ИпТ; см	Vx10',m'/c	Ahi-j, м	hcK, м	м/с	Wi, м/с
1
2
3
4

Контрольные вопросы

1. Что называется напором?

2. В чем заключается смысл уравнения Бернулли?

3. Как определяют полный и статический напоры?

4. Что представляет собой потерянный напор?

5. Как определяется потерянный напор на каком-либо участке тру-

бы? В каком случае потерянный напор можно было бы опреде­лить по показаниям пьезометрических трубок?

6. Как измеряется скоростной напор? Какой скорости соответствует

полученный таким способом скоростной напор?

7. Как определяются средняя и местная скорости течения жидкости?

8. Что представляет собой диаграмма Бернулли?

9. Как строится линия полного напора?

10.Как строится линия статического напора? 11. Как по диаграмме Бернулли определить потерянный напор? 12.Приведите примеры и дайте объяснение использованию уравнения Бернулли в технике.

56