Лабораторная работа №5

Определение коэффициента местных сопротивлений

при движении жидкости по трубам

1.  Цель работы

Проверить соответствие значений коэффициентов местных сопротивлений, приведенных в справочниках, их величинам, определенным в опыте.

2.Введение

Местные сопротивления представляют собой короткие участки трубопроводов, на которых скорости потока изменяются по величине или направлению в результате изменения размеров или деформации потока в местных сопротивлениях называют местными потерями напора.

Местные сопротивления подразделяются на простые и сложные. К простым сопротивлениям относятся: внезапное сужение и расширение потока, поворот русла. К сложным – сопротивления, представляющие собой комбинацию простых местных сопротивлений (задвижка, клапан и т. д.). В зависимости от факторов вызывающих потери напора, в местных сопротивлениях различают потери трения и вихревые потери. Потери на трение вызываются торможением потока стенами. Вихревые потери связаны с отрывами потока от стенок, происходящими при изменении конфигурации русла. Возникающие при этом интенсивные вихреобразования приводят к сильному возрастанию местной потери энергии (местное сопротивление типа внезапное расширение).

При движении жидкости в изогнутых каналах возникает неравномерность скоростей в сечениях потоков, которая увеличивает потери и, кроме того, может приводить к отрывам потока от стенок.

Лабораторная работа №6

Определение коэффициентов истечения жидкости

через отверстие в тонкой стенке и через насадки

1.  Цель работы

Ознакомление с особенностями истечения струи из отверстий в тонкой стенке и насадок, определение величины коэффициентов сжатия струи e, расхода m, скорости j, и сопротивления ζ.

2. Введение

При установившемся истечении жидкости в атмосферу из большого открытого резервуара через отверстие, размер которого мал по сравнению с его заглублением под уровень жидкости (малое отверстие), начальная скорость струи может быть найдена из уравнения Бернулли, составленного для сечения потока в резервуаре 1 и для сжатого сечения струи 2, имеем:

.

Так как P1=P2=Pатм, то V1≈0, α2=1, то

,

где Н - напор перед отверстием; φ - безразмерный коэффициент скорости.

Степень сжатия струи, вытекающей из отверстия, характеризуется коэффициентом сжатия:

.

Расход через отверстие

,

где m = e j - коэффициент расхода.

Значение коэффициентов истечения j, e и m зависят в общем случае от критериев динамического подобия, в частности от числа Re.

,

где ν -кинематическая вязкость жидкости.

График зависимости коэффициентов истечения от числа Re приводиться в литературе [1]. В струе, вытекающей через круглое отверстие, силы поверхностного натяжения взаимно уравновешены, впоследствии осевой симметрии струи. При истечении из прямоугольных, треугольных и других некруглых отверстий неуравновешенные по периметру силы поверхностного натяжения вызывают из-за свойства и инерции жидкости, близкие к периодическим, изменения формы сечения струи по ее длине, называется инверсией. Так при истечении из квадратного отверстия форма струи приобретает форму креста.

Насадком называется короткий трубопровод, имеющий длину 3-4d. Насадки бывают цилиндрические (внутренние, наружные), конические (расходящиеся, сходящиеся), коноидальные.

При истечении в атмосферу внутри цилиндрических и расширяющихся насадков образуется вакуум. Так как вакуум в сжатом состоянии пропорционален напору, то при некотором его значении в насадке начинается кавитация. При этом происходит отрыв струи от стенок насадка, внутрь него проникает воздух, и истечение через насадок сменяется истечением через отверстие. Напор, при котором происходит такое скачкообразное изменение режима истечения, называется критическим (срывным) напором насадка.

Значение скорости, расхода и коэффициента скорости через насадки определяются по формулам, приведенным для круглого отверстия. При этом, струя,, вытекающая из насадка не сжимается, т. е.

; .

3.Измерительные приборы

Секундомер, линейка, штангенциркуль, мерный бак, вакуумметр.

Отверстие в тонкой стенке:

- круглое; -треугольное;

- квадратное; -прямоугольное.

4. Последовательность выполнения и обработка результатов работы

4.1.Изобразить схему установки и эскизы отверстий и насадок. Замерить (с помощью штангенциркуля) диаметры отверстий и насадок, d0, dн, длины и углы насадок (α, β).

4.2.Для проведения опытов поочередно установить шайбу с отверстием, насадки с помощью приспособления на рабочем баке.

4.3.Провести наблюдения за характером истечения жидкости и формой струи по длине и по сечению. Зарисовать виды струи.

4.4.Для опытов с цилиндрической насадкой замерить напор в напорном баке, определить расход Q объёмным способом.

4.5.Для опытов с цилиндрической насадкой замерить вакуум.

4.6.Вычислить коэффициент расхода по формуле:

.

При истечении воды через насадки в формулах для определения скорости и расхода включается площадь выходного сечения насадки.

4.7.Определить коэффициент сжатия струи для отверстия по формуле или по графику . Для насадок .

Вычислить значение коэффициента скорости φ по формуле

.

4.8.Вычислить значение коэффициента сопротивления из формулы:

, откуда .

4.9.Полученные значения внести в таблицу 1.

5. Контрольные вопросы

5.1.По каким формулам можно определить скорость и расход жидкости при истечении жидкости через отверстия из резервуара с постоянным напором?

5.2.Как определяются: коэффициент сжатия струи ε, скорости φ, расхода µ и сопротивления при истечении через отверстие в тонкой стенке и через насадки?

5.3.Чем объясняется увеличение коэффициента расхода при истечении жидкости через отверстие в тонкой стенке?

5.4.Каковы основные характеристики насадок?

5.5.Что такое инверсия струи?

5.6.Что называется критическим напором насадка?

6. Литература

6.1., Калицун , водоснабжение и канализация. М.: Стройиздат, 1972, стр. 64-73.

6.2.Башта , гидромашины. М.: Машиностроение, 1982, стр. 106-118.

Таблица результатов измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5