3.2. Описание лабораторной установки и указания по проведению экспериментальных исследований истечения жидкости через отверстия и насадки.

Экспериментальные исследования истечения жидкости через отверстия и насадки выполняются на лабораторной установке, показанной на рис. 3,7, и включают определение коэффициентов сжатия, расхода, потерь и скорости, траектории струи при истечении через круглое отверстие в тонкой стенке и насадки различных типов, при постоянном напоре, наблюдение явления инверсии струи при истечении через отверстия различной формы, определение времени истечения жидкости из определённого объёма бака.

3.2.1. Описание установки.

Лабораторная установка для изучения истечения жидкости через отверстия и насадки (рис. 3,7) включает в себя: напорный бак 1, мерный бак 3, сливной бак 4, направляющую воронку 5, а также координатное устройство 8. На боковой поверхности напорного бака имеются 2 гнезда (патрубка) 7, снабжённые резьбой и закрываемые металлическими заглушками (пробками). В нижнем из гнёзд может быть установлена пробка с отверстием, либо насадок.

Напорный бак 1 наполняется водой из водопроводной сети открытием вентиля 2. Бак снабжён водомерным стеклом 6 и сеткой 10 для очистки от механических примесей; слив воды из бака осуществляется открытием вентиля 9.

Мерный бак 3 снабжён водомерной трубкой со шкалой, оттарированной в литрах. Заполнения его во время эксперимента происходит в положении направляющей воронки 5, как это показано на рис. 3,7. Слив воды осуществляется в канализацию открытием вентиля 11.

Координатное устройство 8 состоит из неподвижной, металлической, горизонтальной линейки, по которой с помощью ползуна передвигается вертикальная линейка. Цена деления на каждой из линеек 1 мм.

Для создания избыточного давления в напорном баке 1 труба, соединяющая его воздушкую полость с атмосферой, может перекрываться вентилем 12.

Рис. 3.7. Схема установки для исследования истечения жидкости через отверстия и насадки.

3.2.2. Указания к проведению работы по исследованию истечения воды через отверстия и насадки.

Подготовить установку к работе:

1. закрыть гнёзда 7 заглушками;

2. закрыть слив трубы вентили 9, 11;

3. направить воронку 5 в сливной бак 4;

4. открыть вентиль 2 и при открытом вентиле 12 бак на высоту Н (так, чтобы уровень воды не доходил др бака не менее чем на 15-20 см);

5. закрыть вентиль 12 и, продолжая заполнять бак 1 водой, создать рабочий напор Н.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Величина рабочего напора Н задаётся преподователем.

2. Необходимо следить, чтобы столб воды в пьезометре 6 не превышал предельное значение Н_пр, отмеченное на ней красной чертой. При превышении Н_пр необходимо сбросить избыточное давление, открыв вентиль 12 и повторить работы по п. 1 д.

3. Провести экспериментальное исследование истечения жидкости через круглое отверстие в тонкой стенке бака при постоянном напоре, для этого:

   1. снять заглушку (пробку) с верхнего из гнезда 7;

   2. наблюдая за уровнем воды в баке 1 по пьезометру 2, отрегулировать подачу воды в бак вентилем 2 так, чтобы установился постоянный напор Н;

   3. перекинуть направляющую воронку 5 в мерный бак 3 и определить по секундомеру время наполнения t водой определённого объёма бака W (20-30 л);

   4. измерить траекторию струи, определив в 4 точках координаты струи (x1, y1 ) с помощью координатного устройства 8 (как это показано на рис 3,7);

   5. слить воду из баков 4 и 5, перекинув направляющую воронку 5 в сливной бак 4 и открыв вентиль 10, закрыть отверстие в гнезде 7 пробкой;

   6. повторить эксперимент по п. 1-2г три-четыре раза, устанавливая различные напоры Н;

   7. результаты измерений занести в соответствующие графы протокола испытаний № 3-1 в журнал лабораторных работ.

4. Провести исследование истечения жидкости через насадки при постоянном напоре, для этого:

   1. установить в нижнем гнезде 7 поочерёдно цилиндрический, конический расходящийся и конический сходящийся насадки и провести эксперимент аналогично по п. 2,6 + д,ж;

   2. открыть отверстия в боковых стенках насадков, сделанные в областях сжатого сечения потока, тем соединяя эти области с атмосферой; наблюдать и описать изменение характера течения, цвета струи, расхода, напора.

5. Определить время истечения жидкости из бака при переменном напоре (опорожнения бака) Т, для этого:

   1. подготовить установку к работе по п. 1,а + е;

   2. закрыть вентиль 2;

   3. открыть отверстие в верхнем гнезде 7 и по секундомеру определить время истечения из бака 1 объёма жидкости W.

6. Провести наблюдения инверсии струи при истечении воды через круглое, квадратное и треугольное отверстия, для этого:

   1. подготовить установку к работе по п. 1;

   2. устанавливая в гнезде 7 поочерёдно пробки с круглыми, квадратными и треугольными отверстиями, наблюдать инверсии струи;

   3. зарисовать инверсию струи для каждого из отверстий в трёх-четырёх сечениях струи, как это показано на рис. 3-6.