А. Лабораторная установка

Лабораторная установка (рис. 3.3) имеет стальной трубопровод, на котором последовательно расположены восемь гидравлических сопротивлений: внезапное расширение, диафрагма 13, внезапное сужение, плавное конусное расширение (диффузор) 14, плавное конусное сужение (конфузор) 15, поворот «колено», плавный поворот и вентиль 16.

Рис. 3.3. Схема лабораторной установки

Трубопровод подсоединен к напорному баку 11, уровень воды в котором контролируется пьезометром 10. Расход воды, протекающей по трубопроводу, регулируется вентилем 12, а количество вытекшей воды определяется по показаниям пьезометра 18 мерного бака 17. На щите 20 установлены пьезометры 1…9, нумерация которых соответствует номерам сечений трубопровода. Сечения соответствуют началу и концу участков, содержащих исследуемое местное сопротивление.

Участки предназначены для определения коэффициентов местного сопротивления типа:

1–2 – «внезапное расширение» ( ;

2–3 – «диафрагма» (

3–4 – «внезапное сужение» ( ;

4–5 – «диффузор» ( ;

5–6 – «конфузор» ( ;

6–7 – резкий поворот на 90° ( ;

7–8 – плавный поворот на 90° ( ;

8–9 – типовой вентиль ( .

Приведенные значения коэффициентов являются табличными.

Б. Порядок проведения опытов

Перед началом опытов напорный бак 11 должен быть заполнен водой, а вентиль 19 слива из мерного бака закрыт. Затем осуществляется полное открытие вентилей 12 и 16. Это первый опыт, при котором производят снятие показания пьезометров 1…9 и определение секундного расхода воды при помощи мерного бака 17 с пьезометром 18 и секундомера. Данные замеров заносятся в табл. 3.1.

Следующий опыт проводят путем небольшого закрытия вентиля 12 и т. д. Таких опытов в данной работе должно быть не менее десяти.

В. Обработка экспериментальных данных

По данным замеров осуществляются вычисления требуемых величин по нижеследующим формулам.

1. Секундный расход, см³/c:

где S_Б – площадь мерного бака (S_Б = 5200 см²); – приращение уровня в мерном баке за время опыта, см; t – время опыта, с.

2. Скорость движения воды в соответствующем сечении, см/с:

3. Скоростной напор в i-м сечении, см:

где a = 1,1 – коэффициент Кориолиса; g = 981 см/c² – ускорение свободного падения.

4. Действительный напор в i-м сечении, см:

где h_пi – пьезометрический напор в i-м сечении по показаниям пьезометра, см.

5. Потери напора на местном сопротивлении, см:

,

где – действительные напоры соответственно до и после данного местного сопротивления.

Если h_мi в результате расчета получились отрицательными, то в дальнейших расчетах принимать их равными нулю.

6. Коэффициент местного сопротивления из опыта:

Для каждого типа местного сопротивления коэффициент x_i будет иметь несколько значений (по количеству опытов), и появляется необходимость определения его среднего значения.

На практике при достаточно большом числе опытов строится график зависимости x = f(Re), имеющий вид (рис. 3.2).

Из графика видно, что при значениях числа Рейнольдса Re>Re_кр коэффициент местного сопротивления перестает зависеть от него. Это так называемая автомодельная область, в которой потери напора за счет вязкого трения весьма малы. Исходя из этого, для определения среднего значения коэффициента местного сопротивления берут только значения x_i из опытов, которые попали в эту область (правее Re_кр на графике). Статистической обработкой этих значений x_i определяют искомый x_ср.

В лабораторной работе с небольшим числом опытов построить такой график затруднительно. Кроме того, и диапазон изменения числа Рейнольдса небольшой (в основном турбулентный режим течения жидкости). Поэтому среднее значение коэффициента местного сопротивления определяем как среднее арифметическое коэффициентов местного сопротивления из опытов.

Измеряемые параметры заносят в табл. 3.1, а рассчитываемые – в табл. 3.2 и 3.3.

Таблица 3.1

Опыт

Изменение уровня воды в мерном баке

Время опыта

Секундный расход

Показания пьезометров по сечениям трубы

№

,см

t,с

Q, м3/c

hпi , см

Таблица 3.2

Таблица 3.3

Лабораторная работа № 4