Порядок выполнения работы и обработка опытных данных. 1. Заполнить водой резервуар 1 настолько, чтобы начал работать переливное устройство

1. Заполнить водой резервуар 1 настолько, чтобы начал работать переливное устройство.

2. Поворотом круга 4 установить перед отверстием 2 круглое отверстие диаметром d = 2 см и закрепить круг в этом положении.

3. Открыть клапан 3 и обеспечить истечение воды при постоянном напоре h, измерить его, а также координаты X_k и Y_k произвольно выбранной точки «k» траектории струи.

4. Измерить расход Q воды с помощью мерного бака 8 и секундомера 10 (измеряемый объем воды должен быть не менее 50 л).

5. Результаты измерений записать в графу 4 таблицы 5.1.

6. Закрыть клапаном 3 отверстие 2 и опорожнить мерный бак 8.

7. Устанавливая с помощью поворотного круга 4 против отверстия 2 поочередно внешний цилиндрический и конические (сходящийся и расходящийся) насадки, измерить для каждого из них расход воды Q и напор h (последний должен поддерживаться в опытах постоянным и равным напору при истечении из круглого отверстия).

8. Результаты измерений записать в таблицу 5.1 (графы 5…7).

9. Обработать опытные данные, выполнив все вычисления, предусмотренные табл. 5.1.

Таблица 5.1.

К изучению истечения жидкости из малого отверстия и различных насадков

№

Наименования измеряемых и вычисляемых величин

Ед. изм.

Результаты измерений и вычислений

Круглое отверст.

Насадки различных типов

Внешн. цилинд.

Конич. сход.

Конич. расход.

Диаметры отверстия и насадков на выходе, d

Площади круглого отверстия и насадок на выходе,

м²

Объем воды в мерном баке, W

м³

Время наполнения, t

Расход воды, Q = W/t

м³/с

Напор истечения, h

Координаты точки «k» траектории струи, вытекающей из круглого отверстия

x_k

y_k

Коэффициенты расхода отверстия и насадок (по опыту),

Коэффициенты скорости насадок (по опыту),

Коэффициент скорости отверстия (по опыту),

Коэффициент сопротивления отверстий и насадок (по опыту),

Коэффициент сжатия отверстия и насадок (по опыту),

Справочные значения коэффициентов расхода, скорости, сопротивления и сжатия для отверстия и насадок

Относительные отклонения коэффициентов расхода, скорости, сопротивления и сжатия для отверстия и насадок

10. Дать заключение по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под малым отверстием в тонкой стенке при истечении жидкости из отверстий?

2. Дайте определение сжатого сечения.

3. Назовите причины сжатия струи.

4. Чем оценивают величину сжатия струи?

5. Что называют насадком, типы насадков, их назначение?

6. Коэффициент скорости. Что он учитывает, как определяется?

7. Коэффициент расхода. Что он учитывает, как определяется?

6. Коэффициент сопротивления (отверстия, насадка). Как он определяется по опытным данным?

7. Почему при истечении из насадков расход жидкости больше, чем при истечении из малого круглого отверстия в тонкой стенке?

8. Напишите и поясните формулы для определения скорости и расхода при истечении жидкости из отверстий и насадков в атмосферу при постоянном напоре.

9. Изобразите и поясните схемы истечения жидкости из малого отверстия в тонкой стенке и через внешний цилиндрический насадок в атмосферу.

Лабораторная работа 6.

Экспериментальное изучение прямого гидравлического удара в напорном трубопроводе.

Цель работы:

Определить опытным путем повышение Dр_оп давления при прямом гидравлическом ударе в напорном трубопроводе, сравнить его с величиной Dр, вычисленной по формуле Н.Е. Жуковского (см. формулу 6.1), и подсчитать относительное отклонение.

Вводная часть.

Гидравлический удар – изменение (повышение или понижение) давления в напорном трубопроводе при резком изменении скорости движения жидкости (например, в результате резкого закрытия или открытия затвора).

Повышения давления при гидравлическом ударе может быть настолько большим, что способно привести к разрыву трубопровода.

При быстром закрытии затвора сначала останавливается не вся жидкость, заключённая в трубопроводе, а лишь ее часть, находящаяся непосредственно перед затвором (рис. 6.1). Это происходит благодаря инерции и упругим свойствам жидкости и материала трубы (остановившаяся масса жидкости несколько сжимается, труба расширяется, а давление в жидкости резко возрастает). Затем повышение давления весьма быстро распространяется по трубопроводу от затвора к исходному резервуару. Скорость распространения повышения давления называют: скорость распространения ударной волны (С).После того, как во всем трубопроводе давление повысится, жидкость начнет выходить из зоны повышенного давления обратно в резервуар и давление в трубопроводе начнет понижаться. Затем в зону пониженного давления снова пойдет жидкость из резервуара и давление снова повысится. Из-за упругих свойств жидкости и стенок трубопровода этот процесс поддерживается, но, благодаря трению жидкости о стенки трубопровода и ее вязкости (внутреннему трению), он довольно быстро затухает. Наиболее опасным является первое повышение давления.

Ударная волна пройдет по всему трубопроводу (от затвора до резервуара) за время t = l/d (здесь l ‑ длина трубопровода, d ‑ его диаметр). Время одного цикла, включающего и повышение, и понижение давления, называется фазой удара: T = 2l/d.

Если время закрытия t_з затвора меньше или равно фазе Т удара, он называется прямым.

Удар может возникнуть, например, при внезапном выключении насоса, подающего воду по нагнетательному трубопроводу в резервуар. Жидкость после выключения насоса еще некоторое время по инерции будет продолжать движение, и давление в трубопроводе снизится. Затем начнется обратное течение жидкости из резервуара в область пониженного давления в трубопроводе, и давление здесь повысится подобно тому, как это наблюдалось при прямом гидравлическом ударе после резкого закрытия затвора.

Изложенное показывает, что параметры движения жидкости при гидравлическом ударе изменяются с течением времени. Следовательно, при гидравлическом ударе движение жидкости является неустановившимся.

Рис. 6.1. Установка для изучения явления гидравлического удара при резком изменении расхода жидкости в трубопроводе (пояснения в тексте).

Для определения повышения давления Dр при прямом гидравлическом ударе Н.Е. Жуковским в 1898 г. была предложена формула:

(6.1)

где r - плотность жидкости;

С - скорость распространения упругих колебаний в жидкой среде (скорость звука, скорость распространения ударной волны);

u - средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до момента закрытия затвора (при установившимся движении).

Величину С вычисляют по формуле:

(6.2)

где ‑ скорость распространения упругих колебаний (звука) в жидкой среде (для воды с_зв » 1425 м/с);

Е_ж и Е_тр ‑ модули упругости соответственно жидкости и материала трубопровода;

d ‑ внутренний диаметр трубопровода;

d ‑ толщина стенки трубопровода.

Для воды Е_в » 1,96 × 10⁹ Па; для стали Е_тр » 1,96 × 10¹¹ Па.

Описание установки.

Установка (см. рис. 6.1) содержит напорный резервуар 1, в котором уровень воды во время опытов поддерживается на постоянной отметке с помощью переливного устройства 2, горизонтального стального трубопровода 3. В конце трубопровода 3 имеется вентиль 6 для регулирования скорости движения воды, клапанный затвор 5, позволяющий практически мгновенно перекрывать трубопровод, установленный непосредственно перед ним пружинный манометр 4, с помощью которого измеряют давление жидкости «до» и «в» момент закрытия затвора.

Для измерения расхода воды служит мерный бак 7 с водомерной трубкой 8 со шкалой, и секундомер 9.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 312; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!