5. Методика и порядок проведения экспериментов
- включить насос (3) и установить нужный расход в трубе (5-6) рукоятью крана (9), расположенной на передней стенке бака-резервуара (1 );
- замерить по секундомеру время Т поднятия в мерном бачке (7) воды до заданного уровня Н;
- снять показания пьезометров II и III, IV и V, VIII и IX;
- замерить температуру воды t°;
- изменить расход жидкости в трубе и повторить все замеры.
Данные всех измерений записать в табл. 1.
Таблица 1 Результаты измеренийXППараметр |
Обозначение |
Опыт |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
Начальный уровень воды в мерном бачке, м |
H1*10-2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Уровень воды в мерном бачке через промежуток времени T, м |
H2*10-2 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
Время наполнения мерного бачка от уровня H1 до уровня H2, с |
T |
12,41 |
12,29 |
11,85 |
13,07 |
12,05 |
Показание пьезометра II,м |
H2*10-2 |
53 |
46 |
48 |
46 |
47 |
Показание пьезометра III,м |
H3*10-2 |
46 |
33 |
39 |
41 |
40 |
Показание пьезометра IV,м |
H4*10-2 |
43 |
27 |
37 |
37 |
37 |
Показание пьезометра V,м |
H5*10-2 |
42,5 |
26,5 |
30,5 |
34 |
32 |
Показание пьезометра VIII,м |
H8*10-2 |
41 |
26 |
31,5 |
28 |
31,1 |
Показание пьезометра IX,м |
H9*10-2 |
41,5 |
23 |
28 |
25 |
29 |
Температура воды, °C |
t |
23 |
24 |
25 |
25,3 |
26 |
6.Обработка результатов измерений
- используя тарировочный график (рис. 2), определить поступивший объём жидкости в мерный бачок (7) за время T;
- зная время T наполнения объёма W (0,5 ∙10-3), определить расход воды в трубе:
(6)
- определить среднюю скорость движения жидкости в трубе (5) диаметром d=10мм:
(7)
- вычислить число Рейнольдса в трубе:
(8)
где - кинематический коэффициент вязкости, м2/с
10-4 (9)
по разности показаний пьезометров II и III, учитывая разность высот сечений II-II и III-III (Δz), определить потери в двух коленах
hкол(оп)=h2-h3+Δz (10)
- из формулы (1) определить опытные значения коэффициента сопротивления одного колена
(11)
- определить среднюю скорость движения воды в трубе диаметром D=21мм
(12)
- по разности показаний пьезометров IV и V определить опытные потери напора при резком расширении потока:
(13)
- используя зависимость (1), определить опытные значения коэффициента сопротивления при резком расширении потока:
(14)
- по разности показаний пьезометров VIII и X определить опытные потери напора при резком сужении потока:
(15)
используя зависимость (1), определить опытные значения коэффициента сопротивления при резком сужении потока:
(16)
- определить справочное значение коэффициента сопротивления колена ζкол(расч). Для турбулентного движения коэффициент сопротивления колена ζкол(расч) = 1.
- определить расчётные значения потерь напора в колене hкол(расч) по зависимости (1)
- по теоретической формуле Борда (4) определить потери напора при резком расширении потока hр.р.(расч)
- по зависимости (5) рассчитать теоретическое значение коэффициента местного сопротивления при резком расширении потока ζр.р.(расч)
- найти справочное значение коэффициента резкого сужения потока ξр.с.(расч) (равно 4) и по формуле (1) рассчитать потери напора при резком сужении потока hр.с.(расч)
- по формулам
(17)
(18)
определить процент расхождения опытных и расчетных значений потерь напора в местных сопротивлениях и коэффициентов местных сопротивлений в колене при резком расширении и сужении потока
Результаты расчётов сводятся в таблицу 2
Таблица 2 Результаты вычисленийXПараметр |
Обозначение |
Опыт |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
Объём воды в мерном бачке, м3 |
W*10-3 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Расход воды, м3/с |
Q*10-3 |
0,04 |
0,041 |
0,042 |
0,036 |
0,041 |
Средняя скорость движения воды в трубе диаметром d, м/с |
v1*10-2 |
50,9 |
52,2 |
53,5 |
45,9 |
52,2 |
Средняя скорость движения воды в трубе диаметром D, м/с |
v2*10-2 |
11,6 |
11,8 |
12,1 |
10,4 |
11,8 |
Число Рейнольдса |
Re |
5409 |
5680 |
5951 |
5140 |
5939 |
Опытные потери напора в колене, м |
hкол(оп)*10-2 |
7 |
13 |
9 |
5 |
7 |
Опытные потери напора при резком расширении потока, м |
hр.р.(оп) *10-2 |
1,7 |
1,8 |
7,8 |
4 |
6,3 |
Опытные потери напора при резком сужении потока, м |
hр.с.(оп) *10-2 |
0,75 |
4,3 |
4,9 |
4 |
6,4 |
Опытное значение коэффициента сопротивления колена |
ζкол(оп) |
5,3 |
9,4 |
6,2 |
4,7 |
5 |
Опытное значение коэффициента резкого расширения потока |
ζр.р.(оп) |
24,8 |
25,3 |
104,4 |
72,5 |
52,6 |
Опытное значение коэффициента резкого сужения потока |
ζр.с.(оп) |
0.6 |
3,1 |
3,4 |
3,7 |
4,6 |
Справочное значение коэффициента сопротивления колена |
ζкол(расч) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Теоретическое значение коэффициента резкого расширения потока |
ζр.р.(расч) |
1,1 |
1,1 |
1,1 |
1,1 |
1,1 |
Справочное значение коэффициента резкого сужения потока |
ζр.с.(расч) |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
Расчётные потери напора в колене, м |
hкол(расч) *10-2 |
1,3 |
1,4 |
15 |
1,1 |
1,4 |
Расчётные потери напора при резком расширении потока, м |
hр.р.(расч) *10-2 |
2 |
2,1 |
2,1 |
1,8 |
2,1 |
Расчётные потери напора при резком сужении потока, м |
hр.с.(расч) *10-2 |
5,3 |
5,7 |
6,1 |
4,5 |
5,6 |
Расхождение опытных и расчётных значений потерь напора в колене, % |
δкол |
81 |
89 |
83 |
78 |
80 |
Расхождение опытных и расчётных потерь напора при резком расширении потока, % |
δр.р. |
17 |
16 |
73 |
55 |
66 |
Расхождение опытных и расчётных потерь напора при резком сужении потока, % |
δр.с. |
93 |
32 |
24 |
13 |
13 |
Расхождение опытных и теоретических значений коэффициентов сопротивления колена, % |
δ'кол |
81 |
89 |
84 |
79 |
80 |
Расхождение опытных и теоретических значений коэффициентов сопротивления при резком расширении потока, % |
δ'р.р. |
95 |
95 |
99 |
98 |
98 |
Расхождение опытных и теоретических значений коэффициентов сопротивления при резком сужении потока, % |
δ'р.с. |
54 |
29 |
70 |
8 |
13 |
- построить графики зависимости
hкол(оп)=f1(Q)
hр.р.(оп)=f2(Q)
hр.с.(оп)=f3(Q)
ζкол(оп)=f4(Re)
ζр.р.(оп)=f5(Re)
ζр.с.(оп)=f6(Re
Вывод по лабораторной работе: В данной лабораторной работе мы определили, что причиной возникновения потерь напора в местных гидравлических сопротивлениях является поворот потока на девяносто градусов, резкое сужение и расширение потока.