Материал: 3474
26
Рис. 18 Графики зависимости потерь напора и скорости истечения жидкости (Лабораторная работа № 5)
27
Лабораторная работа № 6
Исследование коэффициентов местных потерь напора
Местные потери напора жидкости исследуются в нескольких сечениях установки на участках с резким поворотом и диафрагмой. Таким образом, в качестве исходных экспериментальных данных интересуют следующие величины:
- показания пьезометров, присоединенных к каждому из исследуемых сечений h1…h5, см;
- разность уровней воды в мерном баке y , см;
- время изменения уровня воды в мерном баке τ , с; - температура рабочей жидкости t, оС.
В качестве дополнительных данных используются:
-площадь зеркала воды в мерном баке S = 0,05 м2;
-диаметр трубы d = 0,01 м;
-ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2;
-диаметр отверстия диафрагмы d Д = 0,0065 м.
Потери напора в сечении резкого поворота определяются по формуле
hWРР = (h2 − h3 ) 10−2 , м, 2
где h2 , h3 – показания пьезометров П2 и П3, см.
Потери напора в сечении диафрагмы выражаются формулой
hWД =(h4 − h5 ) 10−2 , м,
где h4 , h5 – показания пьезометров П4 и П5, см.
Объем жидкости, проходящей через определенное сечение трубы, находится по формуле
W = S y 10−2 , м,
где S – площадь зеркала воды в мерном баке, м; y – разность уровней воды в мерном баке, см.
Расход жидкости определяется по формуле
Q = Wτ , м3/с,
где τ – время изменения уровня жидкости в мерном баке, с.
Среднюю скорость жидкости в трубе можно определить, используя формулу
V = ωQ , м,
где ω – площадь живого сечения трубки.
ω = π 4d 2 , м2,
где d – внутренний диаметр трубы, м.
Число Рейнольдса выражается формулой
28
Re = Vν d ,
где ν – коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры исследуемой жидкости t:
0.0178 |
|
|
|
|
|
2 |
|||||||||
ν = |
|
|
|
|
|
|
|
|
, м /с. |
||||||
10000 + 337t + 2.2t 2 |
|
||||||||||||||
Коэффициент местного сопротивления для резкого поворота определя- |
|||||||||||||||
ется как |
|
|
|
|
hWРР |
2g |
|
|
|
|
|||||
|
ξРП |
= |
|
, |
|
||||||||||
|
|
|
V 2 |
||||||||||||
где g – ускорение свободного падения, м/с2. |
|
|
|
||||||||||||
Коэффициент местного сопротивления для диафрагмы выражается |
|||||||||||||||
следующим образом: |
|
|
|
|
hWД 2g |
|
|
|
|
|
|||||
|
ξД |
|
= |
. |
|
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
V 2 |
|
|
|
|||||
Коэффициент расхода жидкости, истекающей через диафрагму, соот- |
|||||||||||||||
ветствует |
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|||||
|
μД = |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|||||
|
ω |
Д |
|
|
2gh |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WL |
||||||
где ωД – площадь проходного сечения диафрагмы: |
|||||||||||||||
|
|
|
π d |
Д |
2 |
|
|
|
2 |
|
|||||
|
ωД = |
|
|
|
|
|
|
|
, м , |
||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где dД – внутренний диаметр отверстия в диафрагме, м.
На основании предложенных формул производится расчет основных показателей при течении жидкости по участкам трубы с различными видами местных сопротивлений (рис. 21).
По результатам вычислений производится построение графиков функций, представленных на рис. 22-24. Из расчета видно, что резкий поворот и диафрагма представляют собой обратные функции, которые имеют экстремумы при определенных режимах течения воды. Используя полученные графики, при заранее известных режимах работы рассматриваемых устройств, можно выбрать наиболее подходящее из них, в зависимости от того, какие необходимо получить потери в системе: наибольшие или наименьшие.
График расходной характеристики диафрагмы показывает нелинейность изменения расхода жидкости в зависимости от режима истечения жидкости. В свою очередь, графики пьезометрических напорных линий дают наглядную характеристику изменениям напора рассматриваемой системы в зависимости от вида используемых местных сопротивлений.
При подготовке к защите работы следует изучить ряд вопросов, касающихся понимания процессов, происходящих при истечении жидкости через местные сопротивления и характеризующих местные потери в гидроприводе.
29
Рис. 21 Рабочий лист лабораторной работы № 6
30
Рис. 22 Графики зависимости местных потерь (Лабораторная работа № 6)