Основные контрольные вопросы

1. Напишите и поясните формулы Дарси-Вейсбаха и Вейсбаха.

2. Поясните, как опытным путем определяют величины коэффициентов  и .

3. Что характеризуют коэффициенты  и , от каких факторов в общем случае они зависят и как их определяют при гидравлических расчетах?

4. Объясните, что такое _э и _э/d, как найти величину _э при гидравлических расчетах?

5. Назовите области гидравлического сопротивления трубопроводов и объясните, как определяют область сопротивления при гидравлических расчетах.

6. Изобразите схемы движения жидкости при резком повороте трубы на 90⁰, а также при резком расширении и резком сужении трубопровода и дайте пояснения к ним, указав, что характерно для движения потока при протекании его через любое местное сопротивление.

7. Изобразите схему графика Никурадзе и дайте пояснения.

8. Поясните понятия “ гидравлически гладкая труба ” и “шероховатая труба”.

9. Назовите фактор, обуславливающие повышение потери напора при прохождении потока жидкости через местные сопротивления.

10. Докажите, воспользовавшись Дарси-Вейсбаха и Блазиуса, что при работе трубопроводов в области гидравлически гладких труб h_l = f(V^1,75)

Учебная литература к работе 5

1.(с.159...167, с.186...193), 2.(с.147, с.168...174, с.201...213), 3.(с.48...57, с.87...91, с.93..96, с.100...101), 4.(с.98..106), 5.(с.160..166, с.174...176, с.189..198)

Лабораторная работа 6

ИЗУЧЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ

И НАСАДКИ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ В АТМОСФЕРУ

Вводная часть. Малым считается отверстие, высота которого не превышает 0,1 Н (рис. 1). Здесь Н - превышение свободной поверхности жидкости над центром тяжести отверстия.

Стенку считают тонкой, если ее толщина  < (1,5...3,0)d (рис. 1). При выполнении этого условия величина  не влияет на характер истечения жидкости из отверстия, так как вытекающая струя жидкости касается только острой кромки отверстия.

Поскольку частицы жидкости движутся к отверстию по криволинейным траекториям, то за счет сил инерции струя, вытекающая из отверстия, сжимается. Благодаря действию сил инерции струя продолжает сжиматься и после выхода из отверстия. Наибольшее сжатие струи, как показывают опыты, наблюдается в сечении с-с на расстоянии примерно (0,5...1,0)d от входной кромки отверстия (рис. 1). Это сечение называют сжатым. Степень сжатия струи в этом сечении оценивают величиной

коэффициента сжатия  :

, (1)

где _с и  - соответственно площадь сжатого живого сечения струи и площадь отверстия.

Среднюю скорость струи _c в сжатом сечении с-с при р₀ = р_ат вычисляют по формуле, полученной из уравнения Д. Бернулли, составленного для сечений I-I и с-с (рис. 1):

, (2)

где  - коэффициент скорости отверстия.

. (3)

Исходя из уравнения траектории струи, вытекающей из отверстия, получено еще одно выражение для коэффициента :

. (4)

В формулах (3) и (4)  - коэффициент Кориолиса,  - коэффициент сопротивления отверстия, x_i и y_i - координаты произвольно взятой точки траектории струи.

Поскольку напор теряется главным образом вблизи отверстия, где скорости достаточно велики, при истечении из отверстия во внимание принимают только местные потери напора.

Расход жидкости Q через отверстие вычисляем как

(5)

где

. (6)

Здесь  - коэффициент расхода отверстия, учитывающий влияние гидравлического сопротивления и сжатия струи на расход жидкости. С учетом выражения для  формула (5) принимает вид

(7)

Величины коэффициентов , , ,  для отверстий определяют опытным путем. Установлено, что они зависят от формы отверстия и числа Рейнольдса. Однако при больших числах Рейнольдса (Re  10⁵) указанные коэффициенты от Re не зависят и для круглых и квадратных отверстий при совершенном сжатии струи равны: = 0,62...0,64, =0,06, =0,97...0,98, =0,60...0,62.

Насадкой называют патрубок длиной 2,5d  L_H  5d (рис. 2), присоединенный к малому отверстию в тонкой стенке с целью изменения гидравлических характеристик истечения ( скорости, расхода жидкости, траектории струи).

Насадки бывают цилиндрические ( внешние и внутренние), конические (сходящиеся и расходящиеся) и коноидальные, т.е. очерченные по форме струи, вытекающей из отверстия.

Использование насадка любого типа вызывает увеличение расхода жидкости Q благодаря вакууму, возникающему внутри насадка в области сжатого сечения с-с (см.рис. 2) и обуславливающему повышение напора истечения.

Среднюю скорость истечения жидкости из насадка  и расход Q определяют по формулам, полученным из уравнения Д. Бернулли, записываемого для сечений 1-1 и в-в (рис. 2):

. (8)

Здесь - коэффициент скорости насадка,

_Н - коэффициент сопротивления насадка.

Для выходного сечения в-в коэффициент сжатия струи  = 1, так как насадок здесь работает полным сечением. Поэтому коэффициент расхода насадка _Н = _Н.

Расход жидкости, вытекающий из насадка, вычисляется по формуле, аналогичной формуле (7):

(8)

Описание установки. Установка представляет собой напорный резервуар, в боковой поверхности которого имеется отверстие, закрываемое рычажным клапаном. Перед отверстием ( снаружи резервуара ) смонтирован поворотный круг с круглым отверстием и насадками различных типов. Поворачивая круг, можно установить против отверстия насадок нужного типа или отверстие требуемой формы. Вода в резервуар подается по трубопроводу открытием задвижки. Постоянный уровень воды в резервуаре во время опытов поддерживается переливной трубой.

Для определения напора истечения Н резервуар снабжен водомерной трубкой со шкалой, нуль которой совмещен с центром отверстия. Расход воды при истечении из отверстий и насадок измеряется с помощью передвижного мерного бака и секундомера. Координаты X и Y произвольных точек траектории струи измеряются с помощью координатной сетки, нанесенной на щит.

Цель работы: 1. Определить по опытным данным величины коэффициентов: _оп, _оп, _оп, _оп, при истечении воды через малое круглое отверстие диаметром d = 2 см при постоянном напоре в атмосферу и величины коэффициентов _Ноп = _Ноп и _Ноп для внешнего цилиндрического и конических ( сходящегося и расходящегося) насадков при Н= Сonst в атмосферу.

2. Сравнить значения коэффициентов, полученные в опытах, со справочными и подсчитать относительные отклонения.

Рис. 3 Схема установки для изучения истечения жидкости через отверстия и насадки.