Лабораторная работа 9. Определение коэффициента расхода и тарировка трубы вентури

9.1 Цель работы

Освоить методику измерения расхода воды в трубопроводе с помощью трубы Вентури. Определить коэффициент расхода трубы Вентури. Построить тарировочную кривую трубы Вентури.

9.2 Задачи работы

• определить теоретический расход;

• определить действительный расход по тарировочному графику треугольного водослива;

• вычислить коэффициент расхода трубы Вентури;

• найти постоянную водомера;

• построить тарировочный график трубы Вентури;

• рассчитать коэффициент сопротивления водомера.

9.3 Краткие теоретические сведения

Для изучения расхода жидкости широкое применение получили приборы, представляющие собой дроссельные устройства, которые создают в потоке перепад давления. Если по измеренному перепаду давления из закона сохранения механической энергии потока (уравнения Бернулли):

,

вычислить скорость потока, то расход определится законом сохранения массы:

.

Если перепад давления для сечения I и II

,

в левой части уравнения обозначить через и определить скорость в первом сечении из уравнения расхода:

,

то получим:

откуда:

.

Так как:

; ,

где – коэффициент сжатия потока.

Таким образом, расход определим по формуле:

.

Множитель:

,

называется коэффициентом расхода сужающего устройства.

Зависимость между перепадом и расходом можно представить в виде:

.

Выражение обозначается через С и называется постоянной расходомера.

Следовательно:

.

В качестве дроссельных устройств для измерения расхода в трубопроводах применяются диафрагмы (рис. 9.1), сопла (рис. 9.2) и трубы Вентури (рис. 9.3).

Рисунок 9.1 – Диафрагма

Рисунок 9.2 – Сопло

Рисунок 9.3 – Водомер Вентури

Из приведенных схем видно, что диафрагма – наиболее простой прибор. Однако она имеет наибольшее гидравлическое сопротивление. Наиболее совершенной в отношении гидравлического сопротивления является труба Вентури.

Водомер Вентури (рис. 9.3) – (труба Вентури) состоит из цилиндрического патрубка, соединенного с трубопроводом коническими вставками конфузором 1 и диффузором 2.

Диффузор обычно делается удлиненным, что позволяет избежать резкого расширения потока и потерь на удар, по сравнению с диафрагмой.

Принцип работы трубы Вентури основан на создании искусственного перепада давлений при сужении проходного сечения трубы. Для измерения перепада давления в суженной и входной широкой частях трубы Вентури применяются обычные пьезометры. Для трубы Вентури можно принять , , . В этом случае:

Так как потери энергии не были учтены, то действительный расход через трубу Вентури будет меньше теоретического расхода , вычисленного по формуле. Окончательная формула для определения действительного расхода

Коэффициент расхода изменяется от 0,6 до 1 и зависит от геометрических размеров, материала трубы и других факторов и может быть определен как теоретическим, так и опытным путем.

Для опытного определения коэффициента расхода и какого-либо расходомера необходимо наличие расходомера, у которого коэффициент известен или известна тарировочная кривая, или расход может быть замерен точно (объемным способом), т. е. наполнением бака за определенное время.

Приборы, размеры которых или способ установки не удовлетворяют стандартам, перед использованием необходимо тарировать. В результате тарировки получают значение коэффициентов или С.

Если на основании опытных данных построить тарировочную кривую , то, пользуясь ею, можно непосредственно находить действительный расход по разности показаний пьезометров , не прибегая к формуле и тем самым исключить необходимость определять коэффициент расхода .