6 Содержание и порядок выполнения работы

Работа выполняется с использованием стенда, схема которо­го представлена на рисунке 1.8. Здесь трубопровод смонтирован в вер­тикальной плоскости и включает в себя местные сопротивления: А - внезапное расширение; Б - внезапное сужение; В₄ - вентиль; Г - поворот на 90°; Д - плавный поворот на 180°. Трубопровод подключен через вентиль к резервуару, обеспечивающему постоянный напор Н, и имеет вы­ход через вентиль В₅ в мерный бачек МБ, который связан со сливной линией через вентиль В₁₂. Между местными сопротивления­ми встроены пьезометрические трубки П₄…П₉ со стеклянными окончаниями, выведенными на панель под соответствующими номерами 4 ... 9.

Основными задачами работы являются:

1. Определение коэффициентов местных сопротивлений А, Б, В₄, Г, Д соответственно ξ_А, ξ_б, ξ_В4, ξ_Г, ξ_Д.

2. Построение графика зависимости местных потерь на вентиле В₄ h_м(В4) от расхода Q.

3. Построение линий полного и пьезометрического напоров для участка трубопровода между пьезометрами П₄ ... П₇.

Для выполнения работы определяются измерениями с последующей вычислительной обработкой напоры: полные Н, геометрические z_i, пьезометрические P_i/γ, скоростные α_iv²_i/2g. Поток считается заведомо турбулентным, что обусловливает значения коэффициентов Кориолиса α_i=1.

Геометрический напор z_i определяется прямым измерением при помощи линейки от произвольной базы. Например, на рисунке для сечений пьезометров П₄…П₇ нулевой уровень будет совпадать с произвольной плоскостью отсчета. Очевидно, для сечений пьезометров П₈ – П₉ значение геометрического напора будет отрицательным.

Значения П_i =z_i + P_i/γ считается со шкал на панели, которые имеются для каждого пьезометра и проградуированы в сантиметрах.

Для определения скоростных напоров необходимо предварительно измерить расход Q_о, для чего используется метод мерной емкости. С этой целью измеряется время заполнения мерного бачка (МБ) t, от уровня воды h_δ1, - перед включением секундомера, до уровня h_δ2 - окончания измерения.

Рассчитывается объем бачка

V_δ= b₁b₂ h_δ, м³, (1.5)

где b₁ = b₂ = 0.2 м - размеры сторон бачка;

h = h_δ2 - h_δ1, м.

Тогда расход Q_о во время опыта

Q_о = V_δ / t, м³/c. (1.6)

Осредненная по i-му сечению скорость потока определяется из уравнения неразрывности потока

v_i = 4Q_о / πd²_i, (1.7)

где d_i - диаметр проходного сечения, м.

Полные напоры для каждого i-го сечения

H_i = z_i +P_i/γ +α_iv²_i/2g (1.8)

Потери напора на i–ом местном сопротивлении определя­ются по формуле

h_м(i) = H_i – H_i+1 (1.9)

где порядок i-го сопротивления устанавливается по предшествующему пьезометру. Например, для сопротивления А

h_м(A) = H₁ – H₂

После определения потерь h_м(i) вычисляются по формуле (1.3) значения коэффициентов местных сопротивлений ξ_i.

Для точности опыт повторяется n раз, и в формулу (1.3) подставляется среднеарифметическое из j-х значений (математическое ожидание)

. (1.10)

Для построения пьезометрической и напорной линии в сиcтеме координат Z - X изображается участок трубопровода П₄…П₇. Для сечений П₄…П₇ откладываются в масштабе значения z_i, P_i/γ, v²_i/2g, Н_i и h_м(i). Пьезометрическая линия образуется соединением точек P_i/γ, линия полного напора - соединением точек H_i.

Для построения графика зависимости h_м(Q) для вентиля В₄, принимается диапазон расходов 0.5Q_о…2.5Q_о и производятся вычисления потерь по формуле (1.1) с использованием (1.7). Строится график h_м(Q).

Последовательность проведения опыта следующая:

1. Произвести измерения геометрических параметров z_i и d_i;

2. Убедиться в заполнении трубопроводов по наличию воды в пьезометрах (вентиль В₃) и в отсутствии воды в мерном бачке МБ (вентиль В₁₂);

3. Открыть вентиль В₅ и плавными движениями отрегулировать расход до снижения уровней в пьезометрах ориентировочно до значений 0...25 см;

4. Закрыть выход из бачка вентилем В₁₂, замерить линейкой уровень воды и включить секундомер. Два последних действия произвести одновременно;

5. Во время наполнения бачка записывать показания пьезометров П₄…П₉ в таблицу 1.2;

6. По приближении уровня воды в бачке к верхнему выпуск­ному отверстию измерить уровень h_δ2 и выключить секундомер;

7. По приведенным формулам, произвести расчеты и заполнить таблицу 1.2 и таблицу 1.3.