Материал: Авдеев Е.Ф., Ющенко Н.Е. Лабораторный практикум по курсу Механика жидкости и газа

V = x g . (7.9)

Рис. 7.2. Коэффициенты истечения из отверстия в тонкой стенке

С другой стороны, скорость истечения Vc определяется форму-

лой (7.4).

Сопоставив (7.4) и (7.9), найдем

Внешний цилиндрический насадок (рис. 7.1б) увеличивает расход вытекающей жидкости по сравнению с отверстием. При входе

внего струя жидкости сжимается так же, как при истечении через отверстие, однако затем расширяется, заполняет все сечение насадка, и на выходе из насадка сжатия нет. Поскольку скорость потока

всжатом сечении больше, чем на выходе, где давление равно внешнему, то давление в этом сечении меньше, чем внешнее. Если внешнее давление атмосферное, то в сжатом сечении образуется вакуум, жидкость как бы подсасывается из сосуда. Это и приводит к увеличению расхода при истечении из насадка.

Расчетные формулы скорости и расхода для насадка получаются так же, как для отверстия, если записать уравнение Д. Бернулли для сечений 1–1 и 2–2 (рис. 7.1 б)) и учесть дополнительно местные сопротивления на расширение струи в насадке.

Максимальные значения коэффициента расхода для цилиндрического насадка достигаются при Re > 104 и равны μ = 0.8 – 0.82. Его значения зависят также от относительной длины насадка l / d.

46

Цель работы

1. Определить коэффициенты расхода μ при истечении воды через малое круглое отверстие в «тонкой» плоской стенке резервуара, через насадок Вентури, через насадок со скругленными входными кромками.

2. Определить коэффициенты расхода μ по измеренным координатам струи, (для круглого отверстия – через коэффициенты скорости ϕ и сжатия ε).

3. Сравнить значения коэффициентов расхода, полученные двумя способами.

Порядок выполнения работы

1.Установить требуемый насадок 5 (рис. 7.1).

2.Включить насос 3 выключателем 11, при этом вода из бака подается в напорный резервуар 2, уровень воды в котором контролируется трубкой уровня 6. Избыток воды переливается через трубу и сливается в бак 1.

3.Наблюдая за уровнем жидкости в напорном резервуаре, отрегулировать маховичком 7 постоянный напор Н.

4.Закрыть краны слива воды из бака 8, после чего произвести измерение объемного расхода истекающей воды, используя формулу

где (V2 – V1) – объем воды, поступивший в мерный бак за время наполнения t. Объемы V1 и V2 определяются по шкале 9 и тарировочному графику (рис. 7.3).

5.С помощью координатного устройства измерить координаты

хи у по центру траектории струи на трех расстояниях х (траектория струи отмечается иглами 10). При измерениях траектории струи из круглого отверстия следует иметь в виду, что отсчитанная продольная величина представляет собой координату, начало которой не совпадает с центром тяжести сжатого сечения.

6.Выполнить опыты с истечением воды через другие насадки, измеряя расходы и координаты струи.

7.Результаты замеров занести в таблицу.

8.Измерить необходимые величины для вычисления площадей сечений отверстия и насадков.

47

Уровень, мм

80

60

40

20

0

48

Расчет

1.Первоначально определить коэффициенты расхода отверстия

инасадков по измеренному расходу, исходя из формулы (7.7).

2.Далее определить коэффициенты скорости при истечении воды; через круглое отверстие и насадки по формуле (7.10).

3.Для круглого отверстия определить значение коэффициента

расхода μ, пользуясь соотношением (7.6), для насадков μ = ϕ.

4.Результаты вычислений занести в таблицу; сравнить полученные значения коэффициентов расхода.

5.Расхождение в процентах между коэффициентами расхода, полученными из опытов и взятыми из справочной литературы (табл. 1), подсчитывают по зависимости

Примечание. Поскольку при выполнении п.3 из-за конструкционных особенностей установки затруднительно измерить диаметр сжатого сечения струи dc, рекомендуется использовать для определения коэффициента сжатия ε график, приведенный на рис. 7.2.

Контрольные вопросы

1.Когда отверстие можно считать малым?

2.Чем отличается истечение из отверстия «с тонкой стенкой» от истечения через насадки?

3.Почему насадок работает как «насос»?

4.Нарисовать примерную зависимость коэффициентов сжатия,

скорости и расхода μ от числа Рейнольдса.

49

5. Почему при истечении из насадков коэффициент расхода равен коэффициенту скорости?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Определение сопротивления трения двухфазного потока кипящей воды в кольцевом канале

При определении потерь на трение в каналах с кипящим теплоносителем канал разбивается на экономайзерный участок lэк, и участок кипения lк. Участок кипения при недогреве (поверхностное кипение) в связи с малой его протяженностью включается в общий участок кипения.

На экономайзерном участке общие потери давления p складываются из потерь на трение

потерь на преодоление гидрастатического столба, обусловленных различным положением по высоте начала и конца канала,

(lэк – высота экономайзерного участка по вертикали) и потерь на ускорение потока

В этих формулах dr – гидравлический диаметр, (ρu) – массовая скорость потока, которая при одинаковом сечении канала сохраняется постоянной по всей его длине, в том числе на участке кипения, и вычисляется через массовый расход:

ρu = Gσ ,

σ – площадь сечения канала; V – средний удельный объем, опре-

деленный по средней энтальпии на экономайзерном участке i :

i = iн +2 iк ,

где iн – энтальпия потока на входе в обогреваемый канал; iк – энтальпия потока в конце экономайзерного участка; ρ−1/ v – средняя

50