- •К.В. Бородкин, а.И. Болдырев,
- •В.В. Бородкин
- •Гидравлика
- •Лабораторный практикум на пэвм
- •Учебное пособие
- •Введение
- •1. Физические свойства жидкости
- •1.1. Лабораторная работа: исследование вязкости жидкости
- •1.1.2. Методика проведения эксперимента.
- •1.1.5. Содержание отчета и его форма.
- •2. Гидростатика
- •2.1. Лабораторная работа: исследование гидростатического давления. Цель работы – изучение свойств гидростатического давления в замкнутой области.
- •2.1.1. Теоретические основы.
- •2.1.2. Методика проведения эксперимента.
- •2.1.3. Порядок выполнения работы на экспериментальной установке.
- •2.1.4. Порядок выполнения лабораторной работы на пэвм.
- •2.1.5. Содержание отчета и его форма
- •2.2. Лабораторная работа: относительный
- •2.2.6. Содержание отчета и его форма.
- •3. Гидродинамика
- •3.1. Лабораторная работа: изучение режимов
- •3.1.5. Содержание отчета и его форма.
- •3.2. Лабораторная работа: тарировка ротаметра
- •3.3. Лабораторная работа: экспериментальная иллюстрация уравнения д. Бернулли.
- •3.3.5. Содержание отчета и его форма.
- •3.4. Лабораторная работа: определение коэффициента потерь на трение по длине трубопровода
- •3.4.5. Содержание отчета и его форма.
- •3.5. Лабораторная работа: определение коэффициента местных сопротивлений
- •3.5.5. Содержание отчета и его форма.
- •3.6. Лабораторная работа: тарировка расходной
- •4. Тестовые вопросы и задания
- •Значения динамического и кинематического коэффициентов вязкости воды в зависимости от температуры
- •Гидравлика лабораторный практикум на пэвм
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.6. Лабораторная работа: тарировка расходной
ШАЙБЫ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - изучение устройств для определения расходов жидкостей и газов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ - тарировка расходной шайбы и практическое освоение измерения расхода жидкости.
3.6.1. 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 и массовый расходы.
Для элементарной струйки, имеющей бесконечно малую площадь сечения, можно считать истинную скорость V одинаковой во всех точках каждого сечения. Следовательно, для этой струйки объемный весовой (Н / с) и массовый (кг / с) расходы определяются уравнениями:
где S - площадь живого сечения струйки.
Для потока конечных размеров скорость V имеет различные значения в разных точках сечения, поэтому расход надо определять как сумму элементарных расходов струек, т.е.
Обычно в рассмотрение вводят среднюю по сечению скорость
откуда ( 3.34 )
Из последнего выражения для расхода жидкости следует, что при постоянной площади проходного сечения приемного преобразователя расходомера объемный расход можно определять путем измерения средней скорости в этом сечении. Известно большое количество измерительных преобразователей различного принципа действия с рабочей характеристикой где y - выходной сигнал преобразователя расходомера. К ним относятся преобразователи переменного и постоянного перепада давления: тахометрические, электромагнитные, ультразвуковые, термометрические и др.
Скоростные расходомеры нашли широкое применение при исследованиях, их свойства хорошо изучены и подробно описаны в литературе.
Рассматривая более подробно расходомеры переменного перепада давления, можно видеть, что они представляют собой элементы, создающие в потоке сужение сечения, в котором благодаря повышению средней скорости часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую. В результате этого статическое давление в наименьшем сечении потока падает и по разности давлений в сечениях до и после сужения можно судить о средней скорости в наименьшем сечении потока, определяющей объемный расход.
Принципиально сужающее устройство может иметь любую форму, однако экспериментально установлено, что лишь некоторые формы обеспечивают необходимую точность измерения расхода. В настоящее время стандартизированы три типа сужающих устройств: диафрагма (шайба), сопла и сопло Вентурри, изготовление и применение которых в соответствии с определенными правилами позволяет отказаться от индивидуальной тарировки приборов.
Стандартные диафрагмы (шайбы) могут быть использованы в трубопроводах диаметром Геометрическая форма стандартной диафрагмы представлена на рис.33.
Рис.33. Конструкция стандартной диафрагмы
Проходное отверстие диаметром d имеет цилиндрическую форму с острой прямоугольной входной кромкой без заусенцев и зазубрин. Ширина цилиндрической части отверстия диафрагмы e должна лежать в пределах (0,005 - 0,02) D. Толщина диафрагмы Е не должна превышать 0,05 D.
Если то с выходной стороны цилиндрического отверстия выполняется коническая расточка. Измерение перепада давления осуществляется непосредственно у стенок диафрагмы с помощью отверстий (нижняя часть рисунка) равномерно распределенных по окружности, или сплошных кольцевых щелей (верхняя часть рисунка). Для выравнивания величины перепада давления используются кольцевые камеры, полости которых сообщаются с манометрическими трубками. Размеры отверстий щелей и сечения кольцевой камеры стандартизированы. Расчетная схема для определения расхода жидкости с помощью диафрагмы приведена на рис.34.
Рис.34. Расчетная схема диафрагмы
Диафрагма 1 установлена в трубопроводе 2. Диаметры трубопровода и отверстия диафрагмы соответственно равны D = d = Перед диафрагмой 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 потока непосредственно перед сужением скорость потока равна давление и площадь сечения а в сечении 2-2, т.е. в узком сечении потока, соответственно Разность показаний пьезометров, присоединенных к указанным сечениям, Запишем для сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Д.Бернулли и уравнение расхода в предположении равномерности распределения скоростей по сечениям:
Учитывая, что найдем из этой системы уравнений одну из скоростей, например,
тогда объемный расход жидкости будет равен:
( 3.35 )
В общем случае, с учетом реальных свойств жидкости расход определяют в соответствии с уравнением:
( 3.36 )
где - коэффициент расхода (для воды отношение действительного расхода к теоретическому равно = 0,648), или иначе
,
где - величина постоянная для данного расходомера.
Зная величину С и наблюдая за показаниями пьезометров, можно найти расход в трубопроводе для любого момента времени, причем связь между и получается параболической.
3.6.2. Методика выполнения эксперимента.
Лабораторная работа выполняется на приборе Д. Бернулли, схема (рис.19) и описание которого приведены в разделе 3.2.2. При выполнении лабораторной работы используется экспериментально-теоретический метод с графическим представлением результатов. Измерение расхода жидкости осуществляется двумя способами: путем измерения времени наполнения мерного бака известного объема (V = 3л) и с помощью диафрагмы, для которой определяют коэффициент расхода, устанавливающий взаимосвязь расхода с показаниями перепада давлений в пьезометрах.
3.6.3. Порядок выполнения работы на экспериментальной установке.
Подсоединить исследуемый участок АВ трубопровода, перекрыв краны III, IV, V, VI и открыв краны VII и VIII.
При закрытом вентиле II включить насос, а затем, постепенно открывая вентиль II, установить в трубопроводе произвольный постоянный расход воды.
Краном VIII обеспечить максимум перепада давлений на пьезометрах 10 и 11.
Записать показания пьезометров 10 и 11.
Измерить время наполнения мерного бака (V = 3л).
Зафиксировать высоты Н поплавков в ротаметрах X и Y.
Перекрывая кран VIII добиться, чтобы разность показаний пьезометров и изменилась на 10-15 см и повторить работы по п.п. 4, 5 и 6. Количество замеров при этом должно быть не менее пяти.
Отключить насос.
Определить расход воды в исследуемом участке трубопровода, пользуясь объемным методом (Q = V / , где V - объем мерного бака, - время его наполнения), а также по показаниям ротаметров X, Y и тарировочному графику.
Построить тарировочную кривую для диафрагмы, а также зависимости для расходов, полученных объемным способом и при помощи ротаметров X и Y.
3.6.4. Порядок выполнения лабораторной работы на ПЭВМ.
Выполнить работы по п.п. 1-5 раздела 1.1.4.
Нажатием клавиши Tab переместить курсор в меню файлов Q BASIC и при помощи клавиши ↓ установить его на разделе Л.р.6.bas.
Нажимая клавишу ENTER войти в файл программы Л.р.6.bas.
Для запуска программы Л.р.6.bas одновременно нажмите клавиши Shift и F5. На экране монитора откроется окно, содержащее информацию в соответствии с рис.35.
Рис.35. Содержание первого окна программы Л.р.6.bas.
На место мигающего курсора за знаком ? с помощью клавиатуры введите положение вентиля В VIII (1-7) и нажмите клавишу ENTER.
После нажатия клавиши ENTER откроется второе окно программмы Л.р.6.bas (рис.36), в котором можно наблюдать динамику протекания лабораторного процесса, по окончании которого появится команда «нажмите клавишу пробел».
Рис.36. Содержание второго окна программы Л.р.6.bas.
После нажатия клавиши «пробел», откроется окно (рис.37) программы, в котором появятся результаты измерений физических величин, фиксируемые в соответствующих графах табл.9 отчета по лабораторной работе.
Рис.37. Содержание третьего окна программы Л.р.6.bas
По окончании проведения исследований выполните работы в соответствии с требованиями п.п. 9 – 12 раздела 3.3.4.
3.6.5. Содержание отчета и его форма.
Отчет по работе должен содержать основные сведения и формулы, необходимые для выполнения данной работы, расчетную схему диафрагмы (см. рис.34), а также графики и . Результаты замеров и вычислений вносят в отчет в виде табл.9.
Таблица 9
Результаты замеров и вычислений
№ п/п |
Параметры |
Ед. изм |
|
|
Опыты |
|
|
||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
1. |
Показания пьезометров:
|
см |
|
|
|
|
|
||
2. |
Разность показаний пьезометров, |
см |
|
|
|
|
|
||
3. |
Время наполнения мерного бака, |
с |
|
|
|
|
|
||
4. |
Расход, определяемый объемным способом, Q = V / |
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Показания ротаметров: X Y |
|
|
|
|
|
|
||
6. |
Расход, определяемый по ротаметрам (тарировочный график) |
|
|
|
|
|
|
||
7. |
Расход, определяемый по диафрагме, |
|
|
|
|
|
|