5. Определение расчётных параметров, построение графических зависимостей.

В процессе эксперимента в каждом заданном сечении трубопровода для каждого опыта определяют:

- пьезометрический напор с помощью пьезометра ;

- гидростатический напор ; (3.4)

- скоростной напор с помощью трубки Пито , (3.5)

где - уровень жидкости в трубке Пито, установленной в i-м сечении;

- полный напор . (3.6)

Потери напора на участках между сечениями трубопровода определяем из уравнения Бернулли (3.2) по формуле:

. (3.7)

Для каждого выделенного сечениями участка трубопровода находим пьезометрический уклон по формуле:

(3.8)

где - расстояние между i и i+1 сечениями трубопровода (табл. 3.1)

Гидравлический уклон на участках трубопровода вычисляем по формуле:

. (3.9)

Используя значения скоростного напора (см. формулу 3.5), определяем среднее значение скорости жидкости в характерных сечениях трубопровода.

. (3.10)

После чего определяем расход жидкости в трубопроводе

, (3.11)

где - средняя скорость жидкости в i-м сечении, см/с;

- площадь i-го живого сечения трубопровода, см².

По известным значениям расхода жидкости в каждом сечении определяется среднее значение расхода как среднее арифметическое расходов.

, (3.12)

где n – число сечений.

Результаты расчётов свести в таблицу 3.3

Таблица 3.3

Параметр	Обозначения параметров	Единица измерений	Номера сечений трубопровода
			I	II	III	IV	V
Показания трубки Пито		см
Пьезометрический напор		см
Геометрический напор		см
Гидростатический напор		см
Скоростной напор		см
Полный напор	H	см
Средняя скорость жидкости		см/с
Расход		см3/с
Потери напора на участке		см
Пьезометрический уклон
Гидравлический уклон

Построить пьезометрическую и гидродинамическую линии напора (линию полной удельной энергии)

Для определения постоянной расходомера Вентури, найдём разницу показаний пьезометров в сечениях II и III в каждом из четырёх опытов (см. табл. 3.2)

Тогда постоянная расходомера С будет:

, (3.13)

где i – номер опыта.

Определим среднее значение постоянной расходомера:

, (3.14)

где C_i - значение постоянной расходомера для i-го опыта,

i=1….n;

n – количество опытов.

С учётом среднего значения постоянной расходометра расход жидкости будет:

. (3.15)

По зависимости (3.15) строим тарировочную характеристику расходометра .

Сравнить результаты с экспериментом для одного из опытов.

Сделать анализ выполнения работы и выводы по ней.

Контрольные вопросы

1. В чём отличие уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости от уравнения Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости?

2. Записать уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.

3. В чём заключается геометрический и физический смысл уравнения Бернулли?

4. Что показывает пьезометрическая линия?

5. Что показывает гидродинамическая линия?

6. Что называется гидравлическим уклоном?

7.В каком случае пьезометрический уклон будет отрицательным?

8. Что называется расходом жидкости?

9. Как выражаются массовый и весовой расходы через объёмный?

10. Какие приборы используются для определения расхода жидкости?

11. Устройство и принцип действия расходомера Вентури.

13. Как определить постоянную Вентури?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1. Задачи работы

1. Ознакомиться с режимами движения жидкости: ламинарным и турбулентным.

2. Опытным путем установить режим движения жидкости.

2. Описание лабораторной установки и порядок проведения работы

Установка для изучения режимов движения жидкости (рис. 3.2) [6] состоит из: напорного бака 5, стеклянной трубки 7, мерного бака 10, указателя уровня воды в мерном баке 9, резервуара 1 с подкрашенной жидкостью, трубки 6, кранов 2, 8, 11, 12, обеспечивающих соответст­венно подачу воды в бак 5, поступление подкрашенной жидкости в трубку 6, подачу воды в мерный бак и слив жидкости из мерного ба­ка. Маховики управления кранами выведены на переднюю панель ус­тановки.

Уровень воды в напорном баке поддерживается постоянно с по­мощью трубки 13, соединенной со сливом. Визуально обзор уровня воды в баке осуществляется через смотровые стекла 4, 14, температу­ра измеряется термометром 3.

Опыты начинают с малых расходов жидкости в стеклянной трубке 7. Для этого открывают кран 12 и заполняют напорный бак, уровень воды в котором благодаря трубке 13 поддерживается постоянно.

Далее открывают кран 11 и приоткрывают кран 8, при этом вода из напорного бака движется по стеклянной трубке с небольшой ско­ростью. Открывая кран 2, регулируют поступление подкрашенной жидкости в стеклянную трубку, так чтобы скорость выпускаемой жидкости была примерно одинакова со скоростью воды в той точке стеклянной трубки, к которой подключена трубка с подкрашенной жидкостью. При этом подкрашенная тонкая струйка жидкости четко выделяется и не перемешивается с водой (ламинарный режим),

По мере увеличения расхода струйка окрашенной жидкости начинает колебаться, приобретая волнистый характер с местными разрывами. Такое неустойчивое положение струйки соответствует переходному состоянию, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным.

Рис. 3.2. Схема гидравлическая.

Дальнейшее открытие крана 9 и увеличение расхода воды в стек­лянной трубке приводит к резкому изменению характера движения: струйка окрашенной жидкости размывается, вода в стеклянной трубке становятся равномерно окрашенной, наступает турбулентный режим.

Во время проведения опытов определяют расход жидкости. Для этого закрывают кран 11 и засекают по секундомеру время заполне­ния мерного бака. По указателю уровня бака в мерном баке 10 и тарировочной характеристике мерного бака (рис. 3.3) определяют объем жидкости в мерном баке. Расход находим по формуле

, (3.16)

где Q - расход жидкости, см³/с; W - объем воды в мерном баке, см³; t - время наполнения мерного бака.

Определяют среднюю скорость течения воды в стеклянной труб­ке:

, (3.17)

где S - площадь живого сечения потока, см².

По табл. 3.4 определяют кинематическую вязкость воды, предва­рительно измерив температуру воды по термометру 3.

Таблица 3.4

T, 0C	9	10	11	12	13	14	15
, см2/с	0,0135	0,0131	0,01127	0,01124	0,0121	0,0118	0,0115
T, 0С	16	17	18	19	20	21	22
, см2/с	0,0112	0,0109	0,0106	0,0104	0,0101	0,010	0,0099

Для каждого режима течения жидкости определяем число Рейнольдса:

, (3.18)

где d - внутренний диаметр стеклянной трубки, d = 2,0 см.

Рис. 3.3. Тарировочный график W=f(h)

Полученное по формуле (3.18) число Рейнольдса сравнивают с его критическим значением для трубопровода круглого сечения и уста­навливают режим движения жидкости.

Результаты опытов заносим в табл. 3.5.

По результатам расчетов делаем выводы о режимах движения жидкости.

Таблица 3.5.

№ опыта	Величина	Един.изм.
			1	2	3
1	Уровень в мерном баке h	см
2	Объем воды в мерном баке W	см3
3	Время наполнения мерного бака t	с
4	Расход воды Q	см3/с
5	Площадь живого сечения стеклянной трубки S (d=2,0 см)	см2
6	Средняя скорость воды V	см/с
7	Температура воды T	С0
8	Кинематический коэффициент вязкости	см2/с
9	Число Рейнольдса Re
10	Режим движения жидкости