Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ВИТІКАННЯ РІДИНИ З ОТВОРІВ І НАСАДОК




 

Мета роботи: Експериментальне визначення коефіцієнтів витрати при витіканні води через малі круглі отвори в "тонкій стінці" і через насадки. Визначення часу часткового і повного спорожнення призматичного резервуара.

 

Загальні відомості

В гідравліці розрізняють малі і великі отвори. Малим називається отвір, у якого швидкості руху часток рідини у верхніх і нижніх точках отвору майже однакові. Ця умова виконується у випадку, якщо . Повздовжній переріз струменя рідини, що витікає через круглий отвір зображено на.Рис.2.5.1.

Стінку називають "тонкою", якщо товщина стінки посудини не впливає на витікання рідини через отвір.

При виході з отвору струмінь до перетину С – С стискується, що обумовлено інерцією часток, що рухаються при підході до отвору криволінійними траєкторіями. На відстані відбувається стиск струменя, ступінь якого визначається коефіцієнтом стиску.

(2.5.1)

де – площа поперечного перерізу струменя і отвору.

Насадки – це короткі патрубки довжиною близько (3...4) , які приєднуються до отвору зовні, або зсередини бака. Насадки використовують для збільшення витрати чи одержання компактного струменя .

Рис. 2.5.1. Схема витікання рідини

а – через малий отвір у тонкій стінці;

б - через зовнішній циліндричний насадок.

 

Насадки бувають циліндричними, конічними, коноїдальними (обкреслені за формою струменя, що витікає) і інші.

При витіканні через насадки . Отже коефіцієнт швидкості дорівнює коефіцієнту витрати .

При витіканні рідини через малі отвори в "тонкій стінці" і насадки при постійному напорі швидкість і витрата рідини визначаються за формулами:

(2.5.1)

(2.5.2)

де – коефіцієнт швидкості;

– коефіцієнт витрати;

– геометричний напір над центром ваги отвору.

, – тиск на вільній поверхні рідини і у середовищі, куди відбувається витікання;

– коефіцієнт кінетичної енергії;

– коефіцієнт втрат.

При витіканні з відкритого резервуара в атмосферу формули (2.5.1) і (2.5.2) приймуть вигляд

(2.5.3)

(2.5.4)

 

Коефіцієнт витрати враховує втрати напору і величини стиску струменя.

Стиск струменя у свою чергу залежить від розташування отвору щодо бічних стінок і дна посудини. У залежності від розташування від бічних стінок і дна посудини розрізняють досконалий, недосконалий і неповний стиск.

Досконалий стиск виникає, коли бічні стінки і дно розташовані на відстані і практично не впливають на витікання.

В загальному випадку коефіцієнти і залежать від числа Рейнольдса. Число Рейнольдса для випадку витікання з отвору визначають за формулою

(2.5.5)

Значення коефіцієнтів і для отворів і насадок можна знайти в [2, 3].

Траєкторія струменя – лінія руху часток течії рідини через центри поперечних перерізів.

Рівняння траєкторії рідини можна знайти шляхом таких міркувань. Початок координат осей х та у приймемо в точці 0 стиснутого перерізу. Опір повітря не враховується. Матеріальна частка, що знаходиться в точці 0, має швидкість . Застосувавши до цієї часточки рівняння руху

(2.5.6)

отримуємо рівняння траєкторії частки, що рухається зі швидкістю

(2.5.7)

Розв’язуючи спільно рівняння (2.5.3) і (2.5.7), можна визначити

(2.5.8)

При витіканні рідини з квадратного, прямокутного чи трикутного отворів, поперечний переріз струменя буде трансформуватись уздовж течії. Подібне явище, називають інверсією струменя і відбувається завдяки різниці швидкостей підходу рідини в різних точках периметра отвору.

При витіканні рідини через циліндричну насадку поблизу входу утвориться стиснутий переріз струменя. Потім струмінь знову розширюється. У стиснутому перерізі насадки утвориться вакуум рівний

(2.5.9)

де – коефіцієнт, рівний 0,75– 0,80.

Наявність вакууму пояснює збільшення витрати при витіканні через насадку у порівнянні з витіканням з отвору.

При витіканні з циліндричного резервуару, час за який рівень зменшується від значення , до значення , дорівнює

, (2.5.10)

 

де S – площа поперечного перерізу резервуару.

Час повного спорожнювання резервуару визначиться, поклавши у формулі (2.5.10)

(2.5.11)

 

де Vпоч – початковий об’єм;

Qпоч – початкова витрата.

Перед виконанням лабораторної роботи студентам необхідно самостійно вивчити по [2] с. 372.5...401, а по [3] с. 106...117.

Опис лабораторної установки

На рис. 2.5.2 приведена схема лабораторної установки.


Рис. 2.5.2. Лабораторна установка для вивчення витікання рідини через отвори і насадки

Верхній Рис. – вид спереду; нижній – принципова схема;

1,2,8,11– бак; 3– отвір (або насадка); 4– координатний прилад; 5– переливна труба; 6– вимірювальна голка; 7– кронштейн; 9, 14– кран; 10– лінійка; 12­– контрольні риски; 13– напірна труба; 15– насос; 16– вмикач; 17– індикаторна лампа; 18–оглядове скло для контролю рівня води в баку 2.

 

Установка складається з мірного бака 2, напірного резервуара 1 з отвором в стінці, куди можуть бути встановлені три змінні насадки 3, координатного пристрою 4 з вимірювальними голками 6.Мірний бак розділено на три відсіки 8. Кожен відсік має кран 9. Насос 15 подає воду в напірний бак. Напірний бак має переливну трубу 5, що забезпечує постійний рівень у ньому. Прозора стінка має чотири риски, що вказуютьрівні, при яких рекомендується проводити досліди.

Висота рівня рідини, яка відповідає цим рискам, становить 250, 300, 400 і 580 мм. Регулювання витрати води, що подається насосом в напірний резервуар, здійснюється краном 14. Площина кронштейна 7 виставляється горизонтально за допомогою гвинтів. Замість отвору можуть бути встановлені циліндричний і коноїдальні насадки. Діаметр отвору насадок 6мм.

 

Порядок виконання роботи

Перед проведенням роботи студенти знайомляться з установкою, її схему замальовують у лабораторному журналі.

Перед початком досліджень підготовляють необхідні прилади і пристосування (лінійку, секундомір, штангенциркуль, кронциркуль та ін.). Включають насос і наповняють напірний бак. Після встановлення постійного рівня води в напірному баці визначають витрату води, що проходить через отвори чи насадки об'ємним способом, використовуючи для цього вмонтований мірний бак.

За допомогою координатного пристрою вимірюють координати х і у точок траєкторії струменя. Для побудови ділянки траєкторії струменя досить 3-4 точки. При вимірах траєкторії варто мати на увазі, що відлічені величини являють собою координати осі струменя.

Результати вимірювань заносять у таблицю 2.5.1.

Дослідження витікання рідини через отвір у тонкій стінці й одну з насадок при змінному напорі.

Наповнити напірний бак і встановити рівень води у резервуарі по мірному склу. Після встановлення постійного рівня припинити надходження води в резервуар.

Відкрити отвір чи насадку, включити секундомір і зафіксувати час часткового спорожнення резервуара до рівня (цей рівень задається викладачем).

Не виключаючи секундоміра, зафіксувати час повного спорожнення бака від глибини до . У журналі записати значення , , , .

 

Обробка дослідних даних

1. Визначити об’єм води, який витікає в мірний резервуар

(2.5.12)

де h1, h2початковий і кінцевий рівні в мірному бакові.

– площа перерізу мірного бака, (42.50 см2)

2. Визначити витрату води по формулі

(2.5.13)

3. Визначити середню швидкість витікання через насадки

де – площа перерізу насадки.

4. Визначити коефіцієнти швидкості і витрати за формулами

(2.5.14)

 

(2.5.15)

 

5.Визначити коефіцієнт втрат в отворі і насадці

(2.5.16)

6. Визначити коефіцієнт за формулою

(2.5.17)

Час часткового і повного опорожнювання резервуара при витіканні через отвір і циліндричну насадку визначаються по формулах (2.5.10) і (2.5.11).

Отримані значення , порівняти з дослідними даними.

 

Результати розрахунку записуються у таблицю 2.5.1

 

Таблиця 2.5.1. Результати вимірювань і розрахунків

Найменування Розмі-рність Позначення Витікання із отвору Витікання з насадок
Циліндричного Коноїдальний
Діаметр отвору (насадки) мм d      
Площа отвору (насадки) см2 S      
Координати см x      
Координати см y      
Напір над центром отвору (насадка) см H      
Об’єм рідини см3 V      
Витрата води см3 Q      
Час витікання с T      
Рівень у мірному бачку см h1      
см h2      
Коефіцієнти швидкості      
     
Коефіцієнти витрати      
     
Швидкість струменя см/с      
Час неповного спорожнювання: дослідне с      
розрахункове        
Час повного спорожнювання дослідне с      
розрахункове с      
Початковий напір см H1      
Напір після часткового спорожнювання см H2      

Контрольні запитання

1. Який отвір називається малим?

2. Що означає “тонка стінка”?

3. Що таке стиснутий переріз струменя і чим воно характеризується?

4. Які насадки Ви знаєте?

5. Запишіть формули для визначення швидкості і витрати при витіканні через отвір і насадки.

6. Де буде більшою витрата (при однакових Н і d) в отворі чи в циліндричній насадці?

7. При яких умовах циліндрична насадка діє як отвір в "тонкій" стінці?

8. Де застосовуються насадки?

9. Від чого залежить коефіцієнт швидкості?

10. При однаковому напорі більша дальність польоту струменя, з отвору чи з насадки і чому?

11. Що таке інверсія струменя?

 







Дата добавления: 2015-09-19; просмотров: 4060. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия