Лабораторная работа № 3 определение местной скорости жидкости с помощью трубки пито

1. Цель работы

Научиться определять местную скорость потока с помощью трубки Пито.

2. Теоретические основы работы

Скорость жидкости в данной точке потока называется местной скоростью. При движении реальной (вязкой) жидкости происходит искривление профиля скорости (за счёт торможения потока около твёрдой стенки). Скорость жидкости максимальна на оси канала и падает до нуля на стенках (рис. 5).

В покоящейся жидкости величина гидростатического давления не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует. Согласно уравнению Бернулли полное давление в движущейся жидкости р* складывается из статической и динамической составляющих.

, Па (2)

р* сохраняет своё значение вдоль линии тока.

Рис. 5. Профиль скорости при ламинарном движении в круглой трубе ?

Если линии тока горизонтальны (z = const), уравнение (2) упрощается:

(3)

Разделим выражение (3) на g

,

где h_w, м — скоростная высота

, (4)

h_p, м — пьезометрическая высота

.

Скоростную высоту можно измерить с помощью прямого пьезометра, у которого площадка, воспринимающая давление, ориентирована параллельно потоку жидкости, и изогнутого пьезометра (трубки Пито), у которого площадка, воспринимающая давление, ориентирована перпендикулярно потоку жидкости и, следовательно, на нее действует и гидростатическое давление, и скоростной напор.

Разность показаний этих приборов будет равна скоростной высоте hw (рис. 6). Зная скоростную высоту, легко определить местную скорость потока из формулы (4).

Р ис. 6.Трубка Пито ?

3. Экспериментальное определение местной скорости потока

Лабораторная работа выполняется на гидравлическом стенде №1, показанном на рис. 1.

Последовательность действий:

1) заполните напорный резервуар водой, включив насос тумблером 7;

2) полностью откройте кран 8;

3) измерьте показания прямого h_p и изогнутого h₀ пьезометров в пяти сечениях. Результаты измерений занесите в табл. 3.

Таблица 3

Результаты эксперимента

№ сечения	hp, см	h0, см	hw, см	W, м/с
1.
2.
3.
4.
5.

4. Обработка результатов эксперимента

1. Определите скоростную высоту в каждом из сечений

h_w = h₀ – h_p.

2. Вычислите местную скорость потока на оси трубы по формуле

.

3. Результаты расчёта занесите в табл. 3.

4. Сделайте выводы по результатам эксперимента.

Лабораторная работа № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ ПРИ НАПОРНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ В ТРУБОВОДЕ

1. Цель работы

Исследовать изменение параметров потока при движении реальной жидкости в наклонном трубопроводе переменного сечения.

2. Теоретические основы работы

Уравнение Бернулли выражает закон сохранения энергии применительно к потоку движущейся жидкости. Слагаемые уравнения Бернулли (2) представляют собой удельную потенциальную и кинетическую энергию потока. Полная удельная энергия движущегося потока есть величина постоянная, поэтому изменение одного вида энергии осуществляется за счет другого, т. е. в потоке жидкости происходит перераспределение энергии. Например, если в горизонтальной трубе (z = const) за счет сужения канала увеличивается скорость потока, то гидростатическое давление жидкости уменьшается, (потенциальная энергия давления переходит в кинетическую энергию); если в вертикальной трубе постоянного сечения жидкость поднимается на некоторую высоту z, то увеличение потенциальной энергии положения происходит также за счет понижения гидростатического давления.

Для двух произвольных сечений потока идеальной жидкости на любой линии тока будет справедливо уравнение (2)

, (5)

здесь — скоростной напор; р — пьезометрическое давление; ρgz — давление столба жидкости высотой z; р*- полный напор (или полное давление).

Величина z называется нивелирной высотой — это расстояние от произвольной горизонтальной плоскости сравнения до данной линии тока.

Поскольку при движении реальной жидкости в канале скорость меняется по высоте сечения, то для каждой линии тока будут свои значения w₁ и w₂. Поэтому в уравнении Бернулли для потока реальной жидкости удобнее использовать не местную, а среднюю скорость потока. Однако удельная кинетическая энергия потока, определённая по средней скорости, не равна реальной кинетической энергии потока, поэтому при переходе от местной к средней скорости потока вводится поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность профиля скорости

,

где Е_К — реальная удельная кинетическая энергия потока, Е_Кср — удельная кинетическая энергия, определённая по величине средней по сечению скорости потока.

Для невязкой (идеальной) жидкости , и α = 1. Во всех других случаях α > 1. Для ламинарного потока в круглой трубе α = 2. Для турбулентного режима α <1,5 и приближается к 1 с увеличением числа Re.

По ходу движения вязкой жидкости, полная энергия потока частично затрачивается на трение между частицами самой жидкости, на трение о стенки канала и на преодоление местных гидравлических сопротивлений. Потери энергии в потоке реальной жидкости проявляются в снижении полного напора р*, а, следовательно, и гидравлической высоты Н*.

В уравнении Бернулли такое снижение полной энергии потока между двумя сечениями 1 и 2 учитывается членом

, Па (6)

или

, м

где — падение давления (гидравлические потери) на участке между сечениями 1 и 2, h_(1-2) — падение гидравлической высоты на участке между сечениями 1 и 2.

Рис. 7. Схема лабораторной установки «Исследование уравнения Бернулли»?