Лабораторная работа № 4 исследование расхода жидкости с помощью сужающих устройств

Цель работы: повышение уровня знаний по теме «Уравнение Бернулли для движения жидкости по трубам» и приобретение практических навыков по измерению расхода жидкости одним из легко реализуемых практически способов.

Задачи работы

1. Знакомство с общей теорией измерения расхода жидкости и, в част­ности, с помощью сужающих устройств.

2. Знакомство со способом приближенного тарирования простейших измерительных устройств.

Теоретические основы работы

Для измерения расхода жидкости или скорости ее движения по трубопроводам применяется большое количество разнообразных приборов и устройств. Как правило, они требуют создания специальных мерных участков трубопроводов, в которых устанавливаются приборы. В условиях эксплуатации машин и сооружений может возникнуть задача приближенного определения расхода жидкости без их существенной переделки для установки измерителей расхода (скорости). Во многих случаях приемлемое решение этой задачи может быть обеспечено использованием сужающих устройств. Они представляют собой либо дроссельную шайбу или диафрагму (рис. 3.8), либо плавно изменяющееся по проходному сечению сопло (рис. 3.9).

а

б

Рис. 3.8. Нормальное сужающее устройство – диафрагма

Возможны и другие формы сужающих устройств вплоть до использования вместо них достаточно простых местных сопротивлений, имеющихся в реальной магистрали.

S

S

S

S

r

r₂

r₂

e

e

r

D

d

d

d

b

a

d

Измеряя перепады статического давления на сужающем устройстве (Н), можно определить объемный расход жидкости (Q) по фор- муле (3.18)

Q = с , (3.18)

где с – расходная характеристика сужающего устройства.

Зависимость (3.18) можно использовать для измерения расхода жидкости. Задача состоит лишь в том, чтобы определить характеристику (с) применяемого устройства. Ее можно найти двумя способами – экспериментально, путем тарировки данного устройства на стенде или рассчитать по приводимым далее зависимостям.

Описание установки

Для проведения лабораторной работы используется схема блока установки, представленная на рис. 3.10.

Жидкость, участвующая в автономном процессе, поступает из напорного резервуара, проходит через установку и при открытом кране (2) попадает в бочку для слива. По мере движения вода проходит трубопровод переменного сечения (квадратное или прямоугольное) (4) с прозрачной передней стенкой. Перепад статических давлений на сужающем устройстве измеряется жидкостными манометрами (1). Расход жидкости измеряется при помощи счетчика (3).

Размеры установки, необходимые в расчетах:

^{– для расходомера «сопло»: DТ= 28 мм; d}₀^{=8 мм; d}₀^{/ D}_Т ^{= 0,29;}

– размеры прямоугольного сечения трубопровода: а=8 мм; b= 28 мм;

– размеры квадратного сечения трубопровода: а=8 мм; b= 8 мм;

Последовательность выполнения работы

Перед выполнением лабораторной работы необходимо ознакомиться с инструкцией и убедиться в исправности установки.

1. Открыть кран (2) слива воды из установки.

2. Медленно, регулируя кран (2) установить разницу столба жидкости в жидкостных манометрах.

3. Выполнить отсчет счетчика воды и перепадов давлений жидкости по манометрам обоих расходомеров. Записать результаты измерений в протокол испытаний обоих расходомеров.

Рис. 3.10. Схема лабораторной установки

4. Повторить отсчет показаний приборов при другом значении расхо­да воды (всего пять отсчетов). Расход воды изменяется открытием крана (2) на выходе из установки.

5. Выполнить расчетные оценки расходных характеристик сужающих устройств:

а) по экспериментальным данным (для всех результатов измерений), используя формулу С_э = ; занести результаты расчета в таблицу 3.2 протокола испытания;

б) по расчетным данным, используя формулы

; ; (3.19)

(3.20)

где S – площадь сечения, м²;

П – смоченный периметр сечения, м.

С_р =   , (3.21)

записать результаты расчетов в протоколе испытаний.

6. Выполнить статистическую обработку результатов измерений по программе «Статистическая обработка». Статистической обработке подвергаются результаты определения С_э, С_р.

7. Определить погрешность результатов расчетов расходных характеристик сужающих устройств, взяв в качестве значений С_э и С_р их математические ожидания. Занести результат в протокол испытания.

8. Определить статистическую значимость различий результатов определения С_э и С_р, использовав для этого программу статистической обработки. Занести результаты оценки в протокол, табл. 3.2.

Вопросы для контроля

1. Чем можно объяснить расхождения расчетных и экспериментальных данных по определению расходных характеристик сужающих устройств?

2. Правильно ли установлены в экспериментах измерители давлений?

3. Каковы границы областей турбулентного и ламинарного течений жидкости?

4. В какой области чисел Рейнольдса применимы выполненные оценки характеристик расходомеров?

Таблица 3.2

Протокол испытания расходомера (сопло d=0,010 м, D=0,028 м; м, м)

Параметр		Единицы измерения	Формула или способ определения	Результаты измерений по номерам экспериментов					Результаты статической обработки
				1	2	3	4	5	М	s
Расход воды, Q		л/мин	измерение
		м3/с
Показания пьезометров	h1	мм.вод.ст.	измерение
	h2	мм.вод.ст.
Потери напора, Dh		мм.вод.ст.	Dh=h1-h2
Эквивалентный диаметр, Dэкв		м
Скорость течения, Vт		м/с
Коэффициент сужения переходного сечения, m		б/р	по графику
Критерий Рейнольдса Re		б\р
Расходная характеристика, Сэ (экспериментальная)		м2,5/с
Расходная характеристика, Ср(расчетная)		м2,5/с
Статистическая значимость различий Сэ и Ср			По результатам обработки на ПЭВМ

Литература

1. Кремлевский, Л.П. Расходомеры и счетчики количества. / Л.П. Кремлевский. – 3-е изд. – Л.: Машиностроение, 1975. – 776 с.

2. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машино-строительных вузов /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.

3. Идельчик, И.Б. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Б. Идельчик.-М.: Машиностроение, 1995. – 559 с.

4. Статистическая обработка экспериментальных данных: методиче­ские указания по выполнению лабораторной работы. – Орел: ОФМИП, 1992. – 20 с.