10844
.pdf
21
Рисунок 1 – Пробковый кран
Состав лабораторной работы
В состав работы входит:
1.Установление по данным опытов зависимости коэффициента местного сопротивления пробкового крана от угла закрытия.
2.Построение графика зависимости коэффициента местного сопротивления пробкового крана от угла закрытия.
3.Сопоставление опытных значений коэффициента местного сопротивления со справочными данными.
22
2 Опытная установка
Опытная установка для определения коэффициента местного сопротивления пробкового крана представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Опытная установка
Питание установки водой осуществляется по циркуляционному циклу с забором воды из подземного резервуара и сбросом прошедшей через установку воды в тот же резервуар.
Установка состоит из горизонтальной водопроводной трубы 1
присоединенной стояком 2 к лабораторному баку 3, который обеспечивает поступление воды в вышеуказанную трубу под постоянным напором. Для поддерживания постоянного напора в баке 3 имеется переливная перегородка
(водослив) 4 через которую излишняя вода в трубе 5 отводится в подземный резервуар.
23
На подающей трубе 6 от насоса установлена задвижка 7 для регулирования
подачи воды в бак 3. Количество подаваемой воды во время опыта должно быть несколько больше, чем расходуется во время опыта.
На горизонтальном участке трубы 1 установлено исследуемое местное
сопротивление – пробковый кран 8.
Перед местным сопротивлением и за ним присоединены с помощью
резиновых трубок 9 два дифференциальных пьезометра 10 и 11.
Точки присоединения выбраны таким образом, чтобы поток к местам их
присоединения стабилизировался.
Дифференциальный пьезометр 10 позволяет определить значение, равное сумме потерь энергии вследствие трения на участке трубы (а-в) между точками
присоединения резиновых трубок и местным сопротивлением – |
пробковым краном |
8. |
|
h1 = (hл )а−в + hм , |
(3) |
Дифференциальный пьезометр 11 – сумму потерь энергии вследствие трения
на участке (c-d), вдвое меньшем предыдущего по длине, и в том же местном сопротивлении (пробковом кране) 8.
h2 = (hл )c−d + hм , |
(4) |
Из уравнений (3) и (4) определяются потери напора на преодоление местного |
|
сопротивления (пробкового крана) |
|
hм = 2 ×h2 - h1 , |
(5) |
Применение двух дифференциальных пьезометров дает возможность более
точно определить потери напора в самом местном сопротивлении (пробковом кране), исключив потери, вызванные трением в смежных участках трубопровода.
В нижней части каждый дифференциальный пьезометр имеет краны n1 и n2 , с
помощью которых можно выключать указанные трубки дифференциального пьезометра. Это устройство позволяет более точно делать отсчеты по шкале, для чего нужно закрыть краны, соединяющие трубу с трубками дифференциального
24
пьезометра, и тогда колебание давления в трубе не будет передаваться на уровни жидкости в трубках. Необходимо только следить, чтобы закрытие обоих кранов у дифференциального пьезометра производилось одновременно.
В верхней части дифференциальных пьезометров имеются краны 12 через которые возможно подкачивать сжатый воздух, или его выпускать из трубок пьезометров, устанавливая показания пьезометров на удобную высоту.
Для изменения скорости движения воды в трубе 1 и расхода на выходном конце ее имеется задвижка 13.
Измерение расхода производится объемным способом, мерным баком 15.
На выходном конце трубы 1 имеется отсекатель 14, с помощью которого производится направление вытекающей струи через отводную трубу в подземный резервуар или же в мерный бак 15.
Измерение температуры воды производится термометром 16.
25
3 Проведение опытов
В отчетный бланк (приложение 1) вносятся данные о пробковом кране.
Опыты проводятся в следующей последовательности:
1.Полностью открыть пробковый кран 8 (α = 0O ).
2.Включить насос и открыть задвижки 7 и 13. Заполняем бак 3 и через систему начинает циркулировать вода. Открытие задвижки 7 должно быть таким,
чтобы количество воды, поступающей в бак 3, было несколько больше требуемого для проведения опыта. Излишняя вода в баке 3 будет переливаться через водослив
4 и по трубе 5 возвращаться в подземный резервуар.
3.Устанавливаем уровни жидкости в пьезометрах на удобной для отсчета
высоте.
4.Закрываем задвижку 13 и проводим проверку нуля в дифференциальных пьезометрах. Уровни в трубках в каждом пьезометре должны находиться на одной высоте.
5.Открываем задвижку 13 и устанавливаем расход в трубе 1
соответствующий первому опыту при полностью открытом пробковом кране |
( |
α = 0O ). |
|
Во время опыта производятся следующие измерения: |
|
1.Измерение расхода производится мерным баком 15. Для этого направляем вытекающую воду в мерный бак 15 и одновременно пускаем секундомер. По наполнении бака 15 направляем отсекателем 14 воду в подземный резервуар и одновременно останавливаем секундомер.
2.Измерение потерь напора h1 и h2 по дифференциальным пьезометрам 10 и
11, соответственно.
3. Измерение температуры воды по термометру 16.
Опыты проводятся 8 – 10 раз при разных углах закрытия пробкового крана и изменениях расхода задвижкой 13.
26
К отчетному бланку прилагается схема лабораторной установки и график зависимости ζ пробкового крана от угла закрытия α с нанесением кривых по данным опыта (а) и гидравлического справочника (в) (приложение 2).
Список литературы
1. Мейеров, А.С. Определение коэффициента местного сопротивления
(построение гидравлической характеристики пробкового крана) : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Гидравлика» студентами III курса / А. С. Мейеров ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. –
Нижний Новгород : ННГАСУ, 2006. – 11 с.
2. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г. Киселева. –
Москва : Энергия, 1972. – 312 c.
27
Приложение 1
Отчет
Определение коэффициента местного сопротивления
Факультет |
|
, курс |
|
, группа |
Состав бригады:
Дата проведения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
лабораторной работы |
|
|
|
|
|
|
|
Преподаватель |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ФИО) |
|
|
|
|
|
Диаметр трубопровода dТ = |
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Диаметр пробкового крана d = |
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Площадь сечения трубы ω = π × |
dТ2 |
= |
|
|
|
м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
закрытияУголкрана α, ◦ |
Разность пьезометрическихвысот h |
Разность пьезометрическихвысот |
|
|
|
вытекшейОбъемводы V, м |
|
|
|
|
|
скоростьСредняяυ=Q/ω, /см |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
опыта№ |
h |
потеряМестнаянапора h |
|
истеченияВремяt, с |
Q=V/t,Расходм |
|
Коэффициентместного |
/υ |
Температураводы t, ◦ |
,νВязкостьм |
РейнольдсаЧисло R |
dυ |
|||||||||||
|
|
сопротивленияζ=2gh |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
= |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
/ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,м |
|
|
,м |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=2·h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ν/ |
|
|
1 |
|
|
2 |
м |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28
Приложение 2
График зависимости коэффициента местного сопротивления пробкового
крана от угла закрытия
а – |
кривая зависимости ζ |
от угла закрытия α , нанесенная по опытным данным; |
b – |
кривая зависимости |
ζ от угла закрытия α , нанесенная по данным |
гидравлического справочника
29
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
30
Введение
В учебно-методическом пособии приведена методика экспериментального определения числа Рейнольдса в потоке жидкости, демонстрация ламинарного и турбулентного режимов движения.
Различают два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный [2].
Режим движения, при котором жидкость движется слоями, называют ламинарным
(от латинского слова lamina – слой). При этом под слоем понимается геометрическое место частиц жидкости, двигающихся с одинаковой скоростью.
Таким образом, при ламинарном движении жидкости не происходит перемешивание частиц жидкости. Беспорядочный режим движения частиц жидкости называется турбулентным.
Впервые на существование двух принципиально разных режимов движения жидкости было указано в 1839 г. и 1854 г. немецким инженером-гидротехником Г.
Хагеном [1].
В 1880 г. на существование этих режимов указывает русский ученый Д.И.
Менделеев в работе «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании».
Дальнейшее развитие эта мысль получила в 1883 г. в работах Н.П. Петрова – основоположника гидравлической теории смазки. Н.П. Петров создал современную физическую теорию ламинарного (или, как его назвал сам Н.П. Петров,
параллельного) движения и указал, что природа гидравлических сопротивлений ламинарных и турбулентных потоков совершенно различна.
В 1883 г. английским физиком и инженером О. Рейнольдсом была найдена физическая характеристика условий, определяющих режим движения жидкости.
Рейнольдс установил, что основными факторами, определяющими характер режима, являются: средняя скорость движения жидкости υ , диаметр трубы d и
кинематическая вязкость жидкости ν.
Для характеристики режима движения жидкости Рейнольдсом был введен безразмерный параметр Re , учитывающий влияние перечисленных выше факторов,
впоследствии названный числом (или критерием) Рейнольдса [2].