Фамилия студента группа

Дата проведения работы_______________

1. Схема установки

2. Исходные данные

d₁=___ мм; w₁=___ мм²; l _1–2 =___ мм; l _2–3 =___ мм;

l _3–4 =___ мм; l _4–5 =___ мм;

l _5–6 =___ мм; l _6–7 =___ мм,

d₂=___ мм; w₂=___ мм²; l _7–8 =___ мм; l _8–9 = ___ мм.

3. Журнал наблюдений

1. Температура воды t =___ ⁰ C.

2. Коэффициент вязкости n =______ (м²/сек) или (см²/сек).

3. Перепад давлений в местных сопротивлениях в мм вод. ст.

P 1–2	P 2–3	P 3–4	P 4–5	P 5–6	P 6–7	P 7–8	P 8–9	P 9–10

Обработка результатов опытов

1. Объем слитой воды V = _____ м³.

2. Время слива τ = _____с.

3. Расход водыQ =_____м³ /с.

4. Средняя скорость на основном участке (d₁ =___) U₁ =___ м/с.

5. Средняя скорость в расширенной части трубы (d₂ =___) U₂ =___ м/с.

6. Удельный вес воды g = ___ Н/м³.

7. Динамическое давление на основном участке (d₁ =___) P _{1 дин} =_____Н/м².

8. Динамическое давление в расширенной части трубы (d₂ =___) P_{2 дин} =___ Н/м².

9. Число Рейнольдса на основном участке (d₁ = ___) Re = _____.

10. Коэффициент трения l = _____.

11. Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п	Вид местного сопротивления	Опытные данные	Табличные данные
	Плавный поворот
	Резкий поворот
	Внезапное расширение
	Внезапное сужение

12. Суммарный коэффициент сопротивления системы ζ₀ =_____.

Вопросы для самоконтроля

1. Когда при движении жидкости возникают местные сопротивления и причины, вызывающие потери энергии в них?

2. Меняется ли коэффициент местного сопротивления в зависимости от режима движения жидкости, т.е. от числа Рейнольдса?

3. По какой формуле рассчитываются местные потери?

4. Как выбирается положение сечений для определения местных потерь при помощи уравнения Бернулли?

Лабораторная работа № 6

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ

Цель работы – опытное определение коэффициентов: сжатия струи ε, скорос– ти φ, расхода μ и гидравлических местных сопротивлений ζ.

1. Основы теории и расчетные формулы

При изучении истечения жидкости для определения скорости и расхода вводятся коэффициенты, величина которых может быть определена опытным путем.

В настоящей работе эти опытные коэффициенты определяются для случая истечения жидкости через малое отверстие и насадки различ­ной формы.

Все основные зависимости, характеризующие истечение жидкости через отверстия и насадки могут быть получены с помощью уравнения Бернулли.

Рассмотрим истечение идеальной жидкости через малое отверстие. Для определения скорости и расхода истечения, составим уравнение Бернулли для двух сечений потока (рис. 19). Такими сечениями будут сечение 0 – 0, проведенное через свободную поверхность жидкости и сечение С – С, проведенное в месте наибольшего сжатия струи

(1)

Рис. 19. Сжатие вытекающей струи

Принимая плоскость сравнения на уровне центра отверстия, получим

Z ₀ = H; Z _c = 0.

Давление в обоих сечениях равно атмосферному, т.е. избыточное давление в сечениях равно нулю.

Скорости в сечении 0–0 близки к нулю, так как площадь сечения бака значительно больше площади сечения отверстия.

Следовательно

.

Пренебрегая неравномерностью распределения скоростей в сечении С–С

(т.е. принимая a =1,0), получим

или . (2)

Эта формула выражает скорость истечения идеальной жидкости. Теоретический расход жидкости равен произведению скорости на площадь отверстия:

. (3)

При определении действительных значений скорости и расхода учитываются потери напора при протекании жидкости через отверстия. В этом случае для реальной жидкости уравнение Бернулли примет следующий вид:

, (4)

где ζ – коэффициент сопротивления отверстия.

С учетом указанных ранее обозначений и преобразований, получим

или . (5)

Первый множитель называется коэффициентом скорости и обоз­начается буквой φ

, (6)

тогда .

Коэффициент местных потерь можно найти из формулы (6)

. (7)

Коэффициент скорости представляет отношение действительной скорости истечения к скорости истечения идеальной жидкости:

. (8)

Коэффициент скорости φ можно также определить эксперимен­тально с помощью специального устройства (вертикальной и горизонтальной измерительных линеек, рис. 21). Определяют координаты струй х и z, а по ним значения коэффициента скорости

;

.

Исключив из этих значений t, найдем

. (9)

Так как ,

то из (9) .

Действительный расход равен произведению действительной ско­рости на действительную площадь струи. Эта площадь оказывается меньше площади отверстия вследствие явления сжатия.

Сжатие струи, т.е. уменьшение площади живого сечения струи по сравнению с площадью отверстия возникает вследствие того, что жидкость подходит к отверстию со всех сторон, в том числе вдоль стенки, в которой расположено отверстие. Идущая вдоль стенки жидкость вследствие инерции не может резко повернуться у кромки отверстия, а описывает плавную кривую. В результате там, где струя окончательно сформировалась, площадь ее сечения оказывается меньше площади отверстия.

Сжатие струи учитывается коэффициентом сжатия

или . (10)

Действительный расход истечения жидкости через отверстие

или . (11)

Произведение коэффициента сжатия на коэффициент скорости обозначается буквой m;

.

Величина m называется коэффициентом расхода.

Коэффициент расхода m представляет отношение действитель­ного расхода истечения к теоретическому:

.

Итак, при исследовании процесса истечения жидкости вводятся следующие коэффициенты: коэффициент расхода m, скорости j, сжатия e и сопротивленияζ.

При присоединении к отверстию короткой цилиндрической трубы–насадки явление истечения существенно изменяется.

Струя жидкости, входя в насадку, сперва подвергается сжатию так же, как и при истечении через отверстие, но потом постепенно расширяется, заполняет насадку и вытекает из нее полным сечением (рис. 20).

Рис. 20 Истечение из цилиндрического насадка

В месте расположения сжатого сечения образуются зоны, заполнен­ные вихревым движением жидкости, отчего потери в насадке значи­тельно возрастают.

С другой стороны, в результате увеличения поперечного сечения выходящей струи, расход жидкости при истечении через насадки больше, чем при истечении через отверстия с таким же поперечным сечением.

2. Описание установки

Установка состоит из бака для воды (1) (рис. 21), в стенке которого имеется место (6) для установки исследуемых вставок с различными отверстиями и насадками.

Рис. 21. Схема установки

Постоянный уровень воды в резервуаре поддерживается при помощи сливного устройства (5). В нижней части резервуара имеется успо­коитель воды (4) в виде стенки, для возможного перекрытия у каж­дого из насадок выходные отверстия имеют резиновые пробки (2).

Определение координат любой точки вытекающей струи производит­ся с помощью координатника (3), состоящего из двух взаимно перпен­дикулярных реек.

3. Порядок проведения работы

Перед началом работы бак заполняют водой и поддерживают в нем постоянный уровень. Затем, удаляя пробку, закрывающую отверстие, замеряют:

Н – высоту уровня жидкости над отверстием; Z – вертикальную координату точки на оси струи; X – дальность полета струи; d_c– диаметр струи в сжатом сечении;

T– время наполнения мерного цилиндра.

Далее, совершенно аналогично, изменяя те же величины, повторяют опыт для каждого из исследуемых насадок.

Пользуясь приведенными формулами, производят необходимые подсчеты по определению коэффициентов истечения и составляют отчет по прилагаемой форме.

4.Форма отчета

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 6

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ