Результаты измерений

NN	Темпе-	Кинематичес	Объем воды, см3			Время
пп.	ратура воды t;c	кий коэфф. вязкости V, СМ2/С	Wi	W2		наполнения бака Т,с
1	■ г	3	4	5	6	7

19

Таблица 3.3.2

Результаты вычислений

NN	Расход	Средняя	Число	Характер движения
пп	воды	скорость	Рейнольдса
	Q=W/T,	V=Q/a>,	Re=Vd/v
	смЗ/с	см/с

Элементы научных исследований

1. Установить критерий Рейнольдса опытной установки ГВ4.

2. Полученные критериальные значения числа Рейнольдса сравнить с теоретическими [3, с. 53-60].

Контрольные вопросы

1. Чем отличается структура потока при ламинарном и турбулент­ ном режимах движения жидкости?

2. Как определить число Рейнольдса для круглой трубы? Что называется критической скоростью?

Влияет ли температура жидкости на режимы движения жидкости? Для чего нужно знать режим движения жидкости? с4ф >7* С* "" ■' Какой кривой описывается распределение скоростей в сечении трубы при ламинарном и турбулентном течении жидкости? \J

7. Каково соотношение между средней и максимальной скоростями? _/ j : "8 .·■ Чему равно значение коэффициента Кориолиса при ламинарном и турбулентном течении жидкости?

9. Почему гидравлические потери в турбулентном потоке больше/ чем в ламинарном?

10. Почему одна и та же труба в одном случае мажет оыгг» гид­ равлически гладкой, а в другом - гидравлически шероховатой?

Литература: [I., с. 62-87]; [2., с. 37-39].; [3., с. 53-60]; [5., с. 40-52]; [6., с. 90-104]; [7].

! I,^:

20

3.4.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Цель работы

Изучить физический смысл уравнения Бернулли и построить пьезо­метрическую и напорную линию для трубопровода переменного сечения.

(ббиие сведения Для потока реальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид:

Zi+Pi/y

h_e,

(1)

где Ζ - ордината, определяющая высоту положения центра выбранного сечения над произвольной горизонтальной плоскостью сравнения 0-0/ или геометрический напор;

Ρ/γ - пьезометрический напор, отвечающий давлению Ρ в данной точке, м; „

aV²/2g - скоростной напор, м; .

ν - средняя скорость потока, м/с;

a - коэффициент кинематической энергии (коэффициент Кориоли-са), учитывающий неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока (для ламинарного режима течения в круглой трубе а=2, для турбулентного - а=1,05 - 1,1);

h„ - потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Сумма трех членов

Z+P/y + aV²/2g = Η есть полный напор. Вместо выражения (1) можно написать:

(2)

Все члены уравнения Бернулли имеют линейную размерность и в энергетическом смысле представляют собой удельную энергию жидкости, т. е. энергию, отнесенную к единице веса жидкости. Так,

21

Ζ и Ρ/γ - удельная потенциальная энергия соответственно поло­жения и давления;

Ζ+Ρ/γ - удельная потенциальная энергия жидкости; aV²/2g - удельная кинетическая энергия, выраженная через сред­нюю скорость потока в данном сечении, Сумма всех трех членов

Ζ+Ρ/γ + aV²/2g

Η

(3)

представляет собой полный запас удельной механической энергии жид­кости в данном сечении потока; Ь_ш - удельная механическая энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению жидкости между сечениями потока и переходящая в тепловую энергии, которая состоит из следующих слагаемых:

где he - потери энергии (напора) на трение по длине; fat - местные потери энергии (напора).

На рис. 3.4.1 приведена графическая иллюстрация уравнения Бер-нулли для реального потока. Здесь О - О - плоскость сравнения; N-N плоскость начального напора; Η - Η -напорная линия,или линия полной удельной энергии. Падение ее на единицу длины представляет гидрав­лический уклон ι ; Ρ - Ρ - пьезометрическая линия, или линия удель­ной потенциальной энергии. Падение ее на единицу длины представля­ет пьезометрический уклон In.

Рис. 3.4.1. Графическая иллюстрация уравнения

Бернулли для горизонтального участка

потока Zi - 7.Z -У-ъ

22

Так как общий запас удельной энергии вдоль потока непрерывно уменьшается, линия Η - Η всегда нисходящая, а гидравлический уклон всегда положительный 1>0. Пьезометрическая линия может быть и нис­ходящей, и восходящей (последнее имеет место на расширяющихся участках, когда средняя скорость потока уменьшается), поэтому пьезо­метрический уклон может быть и положительными отрицательным./

Экспериментальная установка

Установка состоит из трубопровода переменного сечения,последо­ вательно соединенных между собой рис. 3.4.2. На характерных участ­ ках трубопровода^ т.е. при переходе одного диаметра в другой,

установлены пьезометры, -"■■"""

Все пьезометры выведены на щит.

Рис. 3.4.2. Принципиальная схема установки

( Вода из водопровода подается в напорный бак, откуда она посту­пает в трубопровод опытной установки. /Уровень воды в напорном баке

-—■—-I при помоди слива поддерживается постоянным на протяжении всего

опыта-

Установленный в конце трубопровода кран регулирует расход воды. Из трубопровода вода поступает в мерный сосуд.

Порядок выполнения работы 1. Заполнить напорный бак водой из водопровода.

23

2. Проверить работу пьезометров. Если в трубках нет воздуха, то при закрытом вентиле на конце опытного трубопровода уровни в пь­ езометрических трубках должны быть на одной высоте.

3. Открыть вентиль на конце опытного трубопровода и установить постоянный расход воды Q.

4. Замерить расход воды объемным способом и одновременно снять показания пьезометров.

5.Изменяя расход жидкости,опыты повторить несколько (4-5) раз, Результаты измерения занести в таблицы 3.4.1 и 3.4.2.

Обработка результатов опыта

1. Определить расход Q=W/Tcm³/c .

2. Среднею скорость движения воды в трубопроводе V= (4QJ/(je d²), где d - диаметр трубопровода .

3. Рассчитать скоростной напор aV /2g.

4. По показаниям пьезометров и значениям скорост. напоро подсчитать полный напор (Z=0)

Н = Р/у + aV/2g.

5. По разности полной удельной энергии в сечениях подсчитать потери энергии" (напора между сечениями). ■>"

Все данные вычислений занести в таблицу 3.4.2. По результатам опыта построить график иллюстрации уравнения Бернулли для трубопровода переменного сечения.

Таблица 3.4.1

Результаты измерений

NN	Объем	Время			Показание пьезометров
пп.	W, см3	с	1	2	3	4	5

24

Таблица 3.4.2

Результаты вычислений

NN пп.	Расход о,	Скорость	Скоростной см			напор,		Полный напор, см
	см3/с	см/с	1	2	3	4	5	1·	2	3	4	5
							.. ,.	,.·,■'

Элементы научных исследований

1. Установить зависимость потерь напора от средней скорости ■течения воды в трубопроводе.

2. Построить графическую зависимость ha^sf[V).

Контрольные вопросы

1,Чеи установившееся движение отличается от неустановившегося?

2. Каков геометрический смысл членов уравнения Бернуяли? \

3. Каков их энергетический смысл? \

4. От чего зависит численное значение коэффициента Кориолиса?

5. Чем.отличаются уравнения Бернулли для идеальной и реальной жидкости, для элементарной струйки и потока?

6. Когда пьезометрическая и напорная линии параллельны между

СОбОЙ? - : ·.<■ . ' >

7. При помощи каких линий.можно судить о величине и изменении давления вдоль потока?

8. Как определить гидравлический и пьезометрический уклон?

9. Мо^ет ли быть пьезометрическая линия восходящей?

10. Может ли быть напорная линия прямой?

Литература: [1, с. 34-42]; [2, с. 31-37]; [3, с.50-52]; [4,5,7]; [б, с, 70-87].

25