11028
.pdf
300
Приложение 2
Отчет
Определение режима движения жидкости
Факультет |
|
, курс |
|
, группа |
Состав бригады:
Дата проведения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
лабораторной работы |
|
Преподаватель |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ФИО) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Наименование измерений |
1 опыт |
|
2 опыт |
3 опыт |
||||||
п/п |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Внутренний диаметр стеклянной трубки d, см |
|
|
|
|
|
||||||
2 |
Площадь живого сечения стеклянной трубки ω , |
|
|
|
|
|
||||||
см2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3 |
Объем вытекшей воды V, см3 |
|
|
|
|
|
||||||
4 |
Время истечения t, с |
|
|
|
|
|
|
|
||||
5 |
Расход Q = |
V |
, см3/с |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Средняя скорость движения воды в стеклянной |
|
|
|
|
|
||||||
6 |
трубке υ = |
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
, см/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
||||
7 |
Температура воды t, O С |
|
|
|
|
|
|
|
||||
8 |
Кинематический коэффициент вязкости ν, см2/с |
|
|
|
|
|
||||||
9 |
Число Рейнольдса R = |
υ × d |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
e |
ν |
|
|
|
|
|
|
10 |
Режим движения |
|
|
|
|
|
|
|
||||
301
302
ТАРИРОВАНИЕ ВОДОМЕРА ВЕНТУРИ
304
Рисунок 3 – Диафрагма
Между величинами получаемых таким путем перепадов давления и расходами жидкости имеется определенная зависимость, которая и может быть использована для вычисления расхода по измеренному перепаду.
При протекании жидкости через сужающее устройство, вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию,
средняя скорость потока в сужении повышается. В результате этого статическое давление потока после сужающего устройства становится меньше чем перед ним.
Между разностью этих давлений (перепадом давления ∆h) и расходом жидкости имеется определенная зависимость, которая и может быть использована для вычисления расхода по измеренному перепаду.
Достоинством этих приборов является большая пропускная способность,
прямой поток жидкости, отсутствие в них каких-либо движущихся частей,
подверженных скорому износу, открытое сечение, дающее возможность беспрепятственному проходу даже крупных взвешенных частиц, простота устройства и эксплуатации.
Конструктивно наиболее простым прибором является диафрагма. Однако диафрагма создает наибольшее гидравлическое сопротивление при проходе через нее потока и вызывает значительные потери напора.
305
Наиболее совершенным в отношении гидравлических сопротивлений является водомер Вентури. Водомер Вентури представляет собой вставку в основную трубу диаметром D трубы меньшего диаметра d с плавным входом и выходом [2]. Для установки водомера Вентури требуется больший по длине прямолинейный участок.
Для исключения искажения потока в приборе сужающее устройство должно размещаться на достаточном расстоянии от источников возмущения
(колено, кран, сужение и т.д.). Необходимая минимальная длина прямолинейного участка до прибора должна быть в зависимости от сужающего устройства и типа источника возмущения от 4d1 до 50d1.
В таблице 1 приведены расстояния от некоторых видов источников возмущения до сужающего устройства.
Таблица 1 – Расстояния от источников возмущения до сужающего устройства
Тип |
|
|
|
d |
2 |
|
2 |
|
|
|
d |
2 |
2 |
|
||||
|
|
|
Водомер |
|
|
|
|
|
|
Диафрагма |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
источника |
|
|
|
|
|
d1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
|
||||||
возмущения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
|
|
0,4 |
0,5 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
0,4 |
0,5 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прямое |
|
4 |
7 |
10 |
|
|
|
17 |
28 |
6 |
10 |
15 |
|
|
22 |
30 |
||
колено |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Двойное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колено |
в |
4 |
8 |
14 |
|
|
|
23 |
31 |
4 |
6 |
10 |
|
|
15 |
22 |
||
одной |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоскости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вентиль |
|
5 |
10 |
17 |
|
|
|
28 |
50 |
4 |
7 |
13 |
|
|
17 |
21 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Внезапное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расширение |
3 |
6 |
11 |
|
|
|
19 |
29 |
4 |
8 |
14 |
|
|
20 |
26 |
|||
трубы dтр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
306
d |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
тр |
|
= 0, 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
тр |
|
= 0, 60 |
4 |
7 |
12 |
|
20 |
|
31 |
5 |
9 |
17 |
21 |
|
28 |
|
d |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
тр |
|
= 0, 44 |
5 |
8 |
14 |
|
24 |
|
35 |
6 |
11 |
19 |
25 |
|
31 |
|
d |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Необходимая |
минимальная |
|
длина |
прямолинейного |
участка |
за |
|||||||||
измерительным прибором должна быть не менее 5d1 .
Теоретический расход жидкости для водомера Вентури определяется по формуле [1]
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
= ω × |
|
|
2 × g ×Dh |
|
, |
|
(1) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
2 |
|
|
|
1 - m |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
g – |
ускорение свободного падения, g = 9,81 |
|
|
м |
; |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
с |
2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
h – |
|
разность статических напоров в сечениях 1 и 2; |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m = |
ω2 |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
ω1 = |
π × d 2 |
– |
площадь живого |
сечения |
в |
|
|
|
широкой части водомера |
||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(сечение 1) диаметром d1 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
ω |
|
= |
π × d22 |
– |
площадь живого сечения в узкой части водомера (сечение 2) |
||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
диаметром d2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Для |
|
водомера Вентури величина |
|
|
ω |
|
|
× |
|
|
2 × g |
|
|
является |
постоянной и |
||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
- m2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||
зависит только от площади живого сечения, поэтому ее можно обозначить через А
А = ω |
|
× |
2 × g |
|
, |
(3) |
|
2 |
1- m2 |
||||||
|
|
|
|
|
307 |
|
Следовательно |
|
QТ = А× Dh , |
(4) |
где А – постоянная водомера.
Действительный расход жидкости, который проходит через водомер,
будет меньше теоретического Qд < QТ . Это объясняется тем, что при протекании жидкости через водомер, часть напора будет расходоваться на преодоление гидравлических сопротивлений.
Таким образом
Qд = μ ×QТ = μ × А× |
Dh |
, |
(5) |
||||
μ = |
Qд |
, |
|
|
(6) |
||
|
|||||||
|
QТ |
|
|||||
где μ – коэффициент расхода водомера. |
|
||||||
Обозначая величину μ × А через С, получим |
|
||||||
Qд = C × |
|
, |
(7) |
||||
Dh |
|||||||
Величину С называют характеристикой водомера. |
|
||||||
Теоретически вычислить действительное значение коэффициента расхода |
|||||||
μ и характеристику водомера С невозможно ввиду того, |
что на их значение |
||||||
оказывают трудно учитываемые факторы. Поэтому эти коэффициенты могут быть определены только опытным путем. Следует отметить, что начиная с определенных значений числа Рейнольдса – Re , коэффициент расхода μ и
характеристика С достигаю предельных значений. Эти значения чисел Re
называют предельными. Очевидно, режим движения Re > (Re )пр следует рассматривать как соответствующий квадратичной области. Для квадратичной области коэффициент расхода μ и характеристика водомера С становятся, для данного водомера, постоянными.
Квадратичный режим в водомере имеет место при Re >105 -106 .
308
На практике расход жидкости определяют по тарировочным кривым,
полученным опытным путем и дающим для данного водомера прямую зависимость между перепадом давлений h и измеряемыми расходами жидкости Qд (рисунок 4).
В описанном виде водомер Вентури дает возможность определить мгновенный расход, имеющийся в трубе в данный момент.
Для определения расхода за определенный промежуток времени (час,
сутки) водомер снабжается добавочным устройством, которое производит автоматическое суммирование протекающего количества воды.
309
1 Состав лабораторной работы
В состав работы входит:
1. Построение теоретической кривой расхода водомера QТ = f ( h) по формуле (1).
2. Построение тарировочной кривой Qд = f ( h) по данным опыта
(рисунок 4).
3. Построение по полученным данным графика зависимости μ = f (Re ) по формуле (6) (рисунок 5).
Рисунок 4 – Графики зависимости QТ = f ( h) и Qд = f ( h)
Рисунок 5 – График зависимости μ = f (Re )