2805
.pdf91
4. С помощью вентиля II и крана IV установить новый режим движения жидкости и вновь снять показания приборов. Опыт по-
вторить пять раз, увеличивая расход жидкости.
5. В каждом опыте необходимо измерить температуру жидкости,
по которой определяется коэффициент кинематической вязкости жидкости.
6.По данным опытов вычислить скорости в граничных сечениях
,определить коэффициенты местных сопротивлений и числа Рей-
нольдса.
7. По числу Рейнольдса и шероховатости труб определить коэф-
фициент гидравлического трения, а затем по формуле (2.29) вели-
чину эквивалентной длины lЭ . |
|
8. Построить графические зависимости |
f1 (Re),lЭ f2 (Re) |
для каждого местного сопротивления и отметить на них автомо-
дельные по числу Рейнольдса зоны.
9.Провести сравнение полученных величин КМС с расчетными
исправочными данными.
2.5.4.Порядок выполнения работы на ПЭВМ
1.Выполнить работы по п.п. 1-5, приведенным в 2.1.4.
2.Нажатием клавиши Tab переместить курсор в меню фай-
лов
Q BASIC и при помощи клавиши ↓ установить его на разделе
Л.р.5.bas.
3. Нажимая клавишу ENTER войти в файл программы Л.р.5.bas.
92
4. Для запуска программы Л.р.5.bas одновременно нажмите кла-
виши Shift и F5. На экране монитора откроется окно, содержащее информацию в соответствии с рис. 27.
5. На место мигающего курсора за знаком ? с помощью клавиа-
туры введите положение вентиля B II ( 1-5) и нажмите клавишу
ENTER.
Рис. 27. Содержание первого окна программы Л.р.5.bas.
6. После нажатия клавиши ENTER откроется второе окно про-
грамммы Л.р.5.bas (см.рис. 28), в котором можно наблюдать дина-
мику протекания лабораторного процесса, по окончании которого появится команда «нажмите клавишу пробел».
93
Рис.28. Содержание второго окна программы Л.р.5.bas.
7. После нажатия клавиши «пробел», откроется третье окно
(см.рис. 29) программы, в котором появятся результаты измерений физических величин, фиксируемые в соответствующих графах табл. 16 отчета по лабораторной работе.
Рис.29. Содержание третьего окна программы Л.р.5.bas.
8.Выполнить действия по п.п. 6 – 9 раздела 2.5.3.
9.По окончании проведения исследований выполните работы в соответствии с требованиями п.п. 12-15, приведенных в разделе
2.1.4.
2.5.5. Содержание отчета и его форма
Отчет по работе должен содержать основные сведения и форму-
лы, необходимые для выполнения данной работы. Графические за-
висимости f (Re) и lЭ f (Re) должны быть построены на миллиметровой бумаге. Результаты замеров и вычислений вносят в отчет в виде таблицы (см. табл. 16).
Таблица 16
Результаты замеров и вычислений
94
№ |
|
|
Наименование |
|
|
|
О |
п |
ы |
т |
ы |
|
|||
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
1. |
Показания ротаметров: «X» , |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
дел. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Y» , дел. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. |
Расход воды, Q , см3 / с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3. |
Температура воды, t , 0 С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. |
Коэфф.кинемат.вязк., , |
см2 |
/ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. |
Вентиль : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Средн. скорость, V |
Q / |
14 , см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 16 |
|
|||||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
|
|
Показание пьезом.№14, p14 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показание пьезом.№15, p15 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеря напора, |
h14 15 , |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
КМС |
14 15 по формуле (2.32) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Re |
V d / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Кран пробковый : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Средн.скорость, V |
Q / |
15 , см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Показание пьезом.№16, p16 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеря напора, |
h15 16 , |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Re |
V d / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Вне- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
запн.расширен.трубопровода: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Средн. скорость, V |
Q / |
16 , см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Показание пьезом.№17, p17 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеря напора, |
h16 17 , |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
КМС |
16 17 по формуле (2.32) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Re |
V d / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8.Внезапн.сужение трубопровода :
95
|
Средн.скорость, V |
Q / 17 ,см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Показание пьезом.№ 18, р18 / |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеря напора, |
h17 |
18 , см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КМС |
17 18 по формуле (2.32) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re = V d / ν |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. |
Колено трубы : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средн. скорость, V |
Q / 19 , см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Показание пьезом.№19, p19 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показание пьезом.№20, p20 / |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потеря напора, |
h19 |
20 , см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КМС |
19 20 по формуле (2.32) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Re V d / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6. Тарирование расходной шайбы Цель работы - изучение устройств для определения расходов
жидкостей и газов.
Содержание работы - тарировка расходной шайбы и практическое освоение измерения расхода жидкости.
2.6.1. Теоретические основы Расходом называется количество жидкости, протекающее через
живое сечение потока в единицу времени. Это количество можно измерить в единицах объема, в весовых единицах или в единицах массы. В связи с этим различают объемный Q , весовой Q g и массовый QМ расходы.
Для элементарной струйки, имеющей бесконечно малую площадь сечения, можно считать истинную скорость V одинаковой во всех точках каждого сечения. Следовательно, для этой струйки объ-
96
емный (см3 / c), весовой ( Н / с) и массовый ( кг / с ) расходы оп-
ределяются уравнениями :
dQ V dS; dQ g gV dS; dQМ V dS,
где S - площадь живого сечения струйки.
Для потока конечных размеров скорость V имеет различные значе-
ния в разных точках сечения, поэтому расход надо определять как сумму элементарных расходов струек, т.е.
Q V dS.
S
Обычно в рассмотрение вводят среднюю по сечению скорость VСР Q/ S, откуда
Q VСР S.
Из последнего выражения для расхода жидкости следует, что при постоянной площади проходного сечения приемного преобразова-
теля расходомера объемный расход можно определять путем изме-
рения средней скорости VСР в этом сечении. Известно большое ко-
личество измерительных преобразователей различного принципа действия с рабочей характеристикой y f (VСР ), где y - выходной сигнал преобразователя расходомера. К ним относятся преобразо-
ватели переменного и постоянного перепада давления: тахометри-
ческие, электромагнитные, ультразвуковые, термометрические и другие.
Скоростные расходомеры нашли широкое применение при ис-
следованиях, их свойства хорошо изучены и подробно описаны в литературе.
Рассматривая более подробно расходомеры переменного перепа-
да давления, можно видеть, что они представляют собой элементы,
97
соз |
ы- |
шению |
пе- |
реходит |
в |
наимен |
е- |
ниях |
и- |
меньшем |
|
|
р- |
му, |
|
формы |
В |
настоящее время стандартизированы три типа сужающих устройств:
диафрагма (шайба), сопла и сопло Вентурри, изготовление и приме-
нение которых в соответствии с определенными правилами позво-
ляет отказаться от индивидуальной тарировки приборов.
Стандартные диафрагмы (шайбы) могут быть использованы в трубопроводах диаметром D 50мм. Геометрическая форма стан-
дартной диафрагмы представлена на рис. 30. Проходное отверстие диаметром d имеет цилиндрическую форму с острой прямоугольной входной кромкой без заусенцев и зазубрин. Ширина цилиндриче-
ской
Рис. 30. Конструкция стандартной диафрагмы
98
части отверстия диафрагмы находится в пределах ( 0,005 – 0,02 ) D.
Толщина диафрагмы Е не должна превышать 0,05 D. Если E e, то с выходной стороны цилиндрического отверстия выполняется ко-
ническая расточка. Измерение перепада давления осуществляется непосредственно у стенок диафрагмы с помощью отверстий (ниж-
няя часть рисунка) равномерно распределенных по окружности, или сплошных кольцевых щелей (верхняя часть рисунка). Для выравни-
вания величины перепада давления используются кольцевые каме-
ры, полости которых сообщаются с манометрическими трубками.
Размеры отверстий щелей и сечения кольцевой камеры стандарти-
зированы. Расчетная схема для определения расхода жидкости с помощью диафрагмы приведена на рис. 31. Диафрагма 1 установле-
на в трубопроводе 2. Диаметры трубопровода и отверстия диафраг-
мы соответственно равны D = 1,9 10 2 м и d = 10 2 м . Перед диа-
фрагмой и после нее установлены пьезометры 1 и 2. Возникающий перепад давления на диафрагме определенным образом связан с расходом. Для определения этой взаимосвязи будем считать, что в сечении 1 - 1 по-
Рис. 31. Расчетная схема диафрагмы
тока непосредственно перед сужением скорость потока равна V1 ,
давление p1 и площадь сечения S1 , а в сечении 2-2, т.е. в узком
99
сечении потока, соответственно V2 , p2 , S2 . Разность |
показаний |
пьезометров, присоединенных к указанным сечениям, |
H. Запи- |
шем для сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Д.
Бернулли и уравнение расхода в предположении равномерности распределения скоростей по сечениям :
|
p |
|
|
V 2 |
|
p |
|
|
|
V 2 |
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
, |
||
|
|
|
|
2g |
|
|
|
|
|
2g |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
V1 |
S1 |
V2 S2 . |
|
|
|
||||||||||
Учитывая, что (p1 p2 ) / |
|
|
|
|
H, |
|
найдем из этой системы урав- |
||||||||||
нений одну из скоростей, например, |
|
V2 : |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
V2 |
|
|
|
|
2g H |
|
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
S2 / S1 |
2 |
тогда объемный расход жидкости будет равен :
|
2g |
|
|
|
|
Q V2 S2 S2 |
|
|
H. |
||
|
|
|
|||
1 S2 / S1 |
2 |
В общем случае, с учетом реальных свойств жидкости расход определяют в соответствии с уравнением :
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
S2 |
|
|
|
H, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
S2 |
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
/ S1 |
|
|
|
|
|
||
где |
- |
коэффициент расхода (для воды отношение действительно- |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
го расхода к теоретическому равно |
= 0,648), или QТЕОР C |
H , |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
- |
-величина постоянная для данного |
|||||||
C |
S2 |
|
2g / 1 S2 |
/ S1 |
расходомера. Зная величину С и наблюдая за показаниями пьезо-
метров, можно найти расход в трубопроводе для любого момента времени, причем связь между H и QТЕОР получается параболиче-
ской.
100
2.6.2. Методика выполнения работы Лабораторная работа выполняется на приборе Д. Бернулли, опи-
сание которого дано в разделе 2.2.2., а расчетная схема приведена на рис. 19. При выполнении лабораторной работы используется экспериментально-теоретический метод с графическим представле-
нием результатов. Измерение расхода жидкости осуществляется двумя способами: путем измерения времени наполнения мерного бака известного объема (V = 3л) и с помощью диафрагмы, для кото-
рой определяют коэффициент расхода, устанавливающий взаимо-
связь расхода с показаниями перепада давлений в пьезометрах.
2.6.3.Порядок выполнения работы
1.Подсоединить исследуемый участок АВ трубопровода, пере-
крыв краны III, IV, V, VI и открыв краны VII и VIII.
2. |
При закрытом вентиле II включить насос, а затем, постепенно |
открывая вентиль II, установить в трубопроводе произвольный по- |
|
стоянный расход воды. |
|
3. |
Краном VIII обеспечить максимум перепада давлений на пье- |
зометрах 10 и 11. |
|
4. |
Записать показания пьезометров 10 и 11. |
5. |
Измерить время наполнения мерного бака (V = 3л). |
6.Зафиксировать высоты Н поплавков в ротаметрах X и Y.
7.Перекрывая кран VIII добиться, чтобы разность показаний
пьезометров p10 / и p11 / изменилась на 10-15 см и повторить работы по п.п. 4, 5 и 6. Количество замеров при этом должно быть
не менее пяти.