Експериментальне визначення параметрів потоку через отвір у тонкій стінці

Мета роботи – визначити параметри потоку через отвір у тонкій стінці.

6.1. Теоретичні відомості

Витрата через отвір у тонкій стінці визначається за формулою:

,

де – прохідний переріз отвору; – коефіцівнти, усі менші за 1; – перепад тиску на стінці; – густина води.

Для потоку в склянці Бойля (рис.8) переріз 1 беремо на рівні нижнього зрізу вертикальної трубки, а переріз 2 – на виході з отвору. Якщо нижній зріз вертикальної трубки занурено у воду, маємо а крім цього, і . Тому рівняння Бернуллі має вигляд:

.

Звідси

; .

що виражають теоретичне значення швидкості ν_Т і витрати Q_Т.

Рис. 8

За виміряними аначеншши об’єму V і часу t можна розраху­вати фактичну витрату . За виміряними значеннями висот Z₁ і Z₂ можна обчислити теоретичну швидкість потоку ν_Т, а врахо­вуючи переріз отвору, .

Фактичну швидкість струменя ν можна розрахувати за виміряними висотою h і дальністю польоту струменя L:

.

Еспериментально визначені коефіцієнти розраховують за форму­лами:

; ; .

Число Рейнольдса для теоретичних параметрів

,

де υ=10^-6 м²/с.

6.2. Послідовність виконання роботи

Виміряти діаметр отвору в стінці. Підготувати склянку Бойля 1 до роботи (див. рис. 8). Вертикальну трубку 2 занурити у воду на 25...30 мм, так щоб тривалість режиму була близько 20 с, а запасу води вистачило на сім дослідів. Викласти лінійку 3 трохи збоку від вертикальної площини витікання струменя. Виміряти висоту середини отвору h над лінійкою, підготувати секундомір і відкрити верхню трубку. В момент появи струменя включити секундомір. Коли вільна по­верхня наблизиться до нижнього зрізу вертикальної трубки, перекрити її, зупинивши в момент обриву струменя секундомір. Визначити висоту нижнього зрізу вертикальної трубки Z₁ і отвору Z₂ від однієї горизонтальної площини. За лінійкою 3 під час витікання води вимі­ряти дальність польоту струменя L. Висоту h зручно вимірювати, коли вільна поверхня розміщена поблизу нижнього зрізу. Вільна поверх­ня води задає напрям візирної лінії. Результати вимірювань і розра­хунків звести у табл. 6.1.

Таблиця 6.1

№ п/п

Z1-Z2, мм

V, м3

t, с

h, м

L, м

Q, м3/с

νТ, м/с

ν, м/с

QТ, м3/с

Re

α

φ

ψ

Щоб заповнити табл. 6.1. треба виміряти:

1) п'єзометричну висоту потоку на вході, час витікання води і об’єм, що витік, висоту падіння і дальність польоту струменя (див. рис. 8) – усього сім режимів;

2) діаметр отвору в тонкій стінці, розрахувати значення вит­рат, теоретичної швидкості витікання та коефіцієнтів витрат α, швидкості φ і стиснення перерізу ψ.

Побудувати графіки залежностей α(R_е), φ(R_е), ψ(R_е).

Запитання для самоконтролю

1. Як розрахувати швидкість і витрати через отвір у тонкій стінці?

2. Що таке коефіцієнти витрати, швидкості і стиснення перерізу? Як вони пов’язані між собою?

3. Як визначити експериментально витрату і швидкість струменя?

4. Що таке насадки? Для чого їх використовують?

Лабораторна робота № 7