Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Общие сведения. Опытным путём изучить характер изменения пьезометрического, скоростного и полного напоров вдоль потока жидкости в трубе переменного диаметра.




ЦелЬ работы

 

Опытным путём изучить характер изменения пьезометрического, скоростного и полного напоров вдоль потока жидкости в трубе переменного диаметра.

 

Общие сведения

 

Движущаяся масса жидкости, ограниченная направляющими поверхностями (например, стенками трубы), называется потоком. На рис. 1 изображён фрагмент одномерного установившегося потока несжимаемой вязкой жидкости.

 

Рис. 1. Фрагмент потока жидкости

 

Проведём поперечное сечение потока. Средняя по сечению скорость жидкости равна

, (1)

где Q – объёмный расход потока, т.е. объёмное количество жидкости, проходящей через сечение потока в единицу времени, м3/с;

S – площадь живого сечения.

На схеме приняты следующие обозначения:

z – вертикальная координата центра тяжести сечения относительно плоскости сравнения;

p – давление (абсолютное или избыточное) в центре тяжести сечения.

Из соотношения (1) следует, что при заданном постоянном расходе потока увеличение площади сечения приводит к уменьшению средней скорости и наоборот, с уменьшением площади сечения увеличивается средняя скорость

, .

Жидкость в потоке совершает механическое движение, мерой которого является механическая энергия. Пусть E – механическая энергия потока жидкости в выделенном сечении.В гидравлике используется понятие удельной энергии. В частности, это может быть энергия, отнесённая к единице веса жидкости

,

которая называется напором. Измеряется напор в единицах длины.

В сечении потока полный напор равен

, (2)

где z – геометрический напор, характеризующий удельную энергию положения жидкости относительно плоскости сравнения;

– пьезометрический напор, определяющий удельную «энергию давления»;

– скоростной напор, равный удельной кинетической энергии потока в выделенном сечении.

Сумма – это гидростатический напор, отражающий удельную потенциальную энергию в сечении потока.

Величина , входящая в выражение для скоростного напора, именуется коэффициентом Кориолиса. Он учитывает неравномерность распределения местных скоростей по сечению и равен отношению кинетической энергии жидкости в сечении, определённой по местным скоростям, к кинетической энергии, подсчитанной по средней скорости. Следует заметить, что средняя скорость, в отличие от местной скорости, доступна косвенному измерению по объёмному расходу потока и площади сечения (см. формулу (1)). Для ламинарного потока , для турбулентного – .

Полный напор в сечении потока складывается из удельной потенциальной энергии и удельной кинетической энергии . В общем случае они изменяются, но приращение одной из них равно убыли другой. Отсюда следует важный вывод: в сечении потока с увеличением скорости давление уменьшается и, наоборот, при уменьшении скорости давление увеличивается, т.е.

, .

При движении жидкости силы трения совершают работу и уменьшают полную удельную энергию потока. Убыль полной удельной энергии жидкости при её перемещении вдоль потока от сечения 1-1 к сечению 2-2 (рис. 2) равна удельной работе сил трения на этом же перемещении

, (3)

где H1 – полный напор в сечении 1-1;

H2 – полный напор в сечении 2-2;

h1-2 – работа сил трения при перемещении жидкости от сечения 1-1 к сечению 2-2, отнесённая к единице веса.

 

 

Рис. 2. Участок трубопровода

 

Величину h1-2 называют потерями полного напора при движении вязкой жидкости между указанными сечениями.

Выражение (3) можно привести к виду

.

Раскрывая полные напоры по формуле (2), получим:

. (4)

Соотношение (4) выражает изменение полной удельной механической энергии жидкости при движении от сечения 1-1 к сечению 2-2 – это уравнение Д. Бернулли для стационарного потока вязкой несжимаемой жидкости.

Уравнение Даниила Бернулли (1700-1782 гг.) является фундаментальным уравнением гидромеханики, на основе которого решаются многие практические задачи. Применительно к движущейся жидкости оно выражает закон сохранения энергии для идеальной жидкости и баланс энергии для реальной жидкости. Уравнение устанавливает связь между давлениями, скоростями и положением выбранных сечений потока, где имеют место эти давления и скорости.

Если труба горизонтальна, то плоскость сравнения удобно провести через осевую линию трубы. И тогда уравнение Бернулли запишется следующим образом

. (5)

Зафиксировав сечение 1-1 (см. рис.2) и перемещая вдоль потока сечение
2-2, можно выяснить характер изменения пьезометрического, скоростного и полного напоров по длине потока.

Линия, показывающая изменение полного напора по длине потока, называется напорной линией или линией полного напора.

Линия, показывающая изменение пьезометрического напора по длине потока, называется пьезометрической линией или линией пьезометрического напора.

 

Содержание лабораторной работы

 

Экспериментальным путём получить напорную и пьезометрическую линии для потока жидкости в трубе переменного диаметра, расположенной горизонтально. Труба имеет контрольные сечения, к которым подключены пьезометры. Нумеруются сечения по ходу движения жидкости i =1,2,…10. Совместив плоскость сравнения с продольной осью трубы, принимаем . Расход жидкости в трубе Q=const. Режим течения – турбулентный, .

В ходе эксперимента величины измеряются пьезометрами, скоростные напоры вычисляются по результатам косвенного измерения расхода в трубе, а потери полного напора оцениваются разностью между полными напорами в первом и последующих контрольных сечениях трубы.

Используя напорную и пьезометрическую линии, необходимо проанализировать характер изменения полного напора, а также соотношения пьезометрических и скоростных напоров в сечениях трубы, пояснить, как эти соотношения меняются от сечения к сечению, и почему эти изменения происходят.

 

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
УЧЕБНОЙ УСТАНОВКИ

4.1. Устройство установки (рис.3).

Установка состоит из трубы 2 переменного сечения (рис.4), к которой присоединены десять пьезометров П1-П10, и ротаметр РТ1. Труба 2 переменного сечения изготовлена с плавными переходами от одного сечения к другому.

Рис. 3. Гидравлическая схема учебной установки «Гидродинамика ГД-09»

 

Рис. 4. Разрез трубы переменного сечения

 

Труба 2 переменного сечения одним концом присоединена через вентиль ВН1 к напорному баку Б1 системы оборотного водоснабжения лаборатории. Другой конец трубы 2 присоединен через ротаметр РТ1, вентиль ВН2 и трубу 6 к сливному баку Б2 системы оборотного водоснабжения лаборатории. Перед вентилем ВН1 установлен биметаллический термометр Т.

Верхние концы пьезометров присоединены к воздушному коллектору 7, который через трубу 8 и вентиль ВН4 соединен с атмосферой. В верхней точке установки в месте соединения труб 4 и 5 подключены вентили ВН5 и ВН3 с водомерной трубкой ВТ1.

Ротаметр – прибор для измерения расхода. Принцип устройства ротаметра изображен на рис.5. Корпус прибора выполнен в виде стеклянной трубки 1, расширяющейся кверху (угол конусности от 5 до 35°). Внутри трубки помещается поплавок (ротор) 2. Протекающая через жидкость воздействует на поплавок 2 некоторой силой P. Если эта сила превышает силу тяжести G поплавка, то он всплывает, увеличивая площадь щели для протекания жидкости. При этом сила, действующая на поплавок со стороны омывающей его жидкости, уменьшается. В случае равенства гидромеханической силы P и силы тяжести G поплавка последний зависает. На внешней поверхности стеклянной трубки 1 наносится безразмерная шкала. По тарировочному графику (рис.7) отсчет в относительных единицах пересчитывается в расход в см3/с.

Рис. 5. Устройство ротаметра

 

4.2. Принцип действия установки.

К установке вода подводится по трубе 11 от напорного бака Б1 системы оборотного водоснабжения лаборатории. В баке Б1 с помощью насоса Н1 и переливной трубы 10 поддерживается неизменный уровень воды, и, таким образом, при любом открытии вентилей ВН1 и ВН2, обеспечивается постоянный расход потока в исследуемой трубе 2 переменного сечения.

Вода поступает в трубу 2 переменного сечения по трубе 1, через входной вентиль ВН1.

Вентилями ВН1 и ВН2 можно отрегулировать нужный расход воды через трубу 2; пьезометры П1-П10 измеряют пьезометрический напор в десяти сечениях исследуемой трубы 2.

Расход воды в установке измеряется при помощи ротаметра РТ1. Измеренное в делениях безразмерной шкалы (по верхней кромке поплавка), значение расхода по тарировочному графику (рис.7) пересчитывается в см3/с.

Вентиль ВН4 предназначен для регулирования положения пьезометрической линии путём выпуска воздуха из воздушного коллектора 7. Вентиль ВН3 предназначен для выпуска воздуха из установки. Водомерная трубка ВТ1 используется для контроля заполнения установки водой и контроля уровня воды в напорном баке Б1 системы оборотного водоснабжения лаборатории. Вентиль ВН5 с наконечником – технологический (используется, например, для подключения мерника с целью тарировки ротаметра РТ1). Температура воды измеряется термометром Т.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-18; просмотров: 97; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты