III. Описание лабораторной установки

На рис. 2 дана схема установки, на которой проводятся опыты по определению местных потерь напора и величин для построения диаграммы Бернулли. Трубопровод 1 с го­ризонтальной осью состоит из трех участков труб раз­личного диаметра с местными сопротивлениями. Подача жидкости в трубопровод производится из напорного бака 6. Напорный бак заполняется жидкостью с помощью насоса 2 из приемного бака 3 по трубопроводу 4, на котором уста­новлен вентиль 5. Уровень в баке в процессе опытов под­держивается на постоянной отметке благодаря частичному сливу жидкости через стенку. Расход жидкости в трубопро­воде регулируется вентилем 10. Истечение жидкости из трубопровода происходит в мерный бак 11, имеющий уровне­мер 12. Опорожнение мерного бака производится через трубу 14, снабженную кранами 13. В контрольных сечениях трубопровода высверлены приемные отверстия 7, которые с помощью шлангов соединены с пьезометрическими труб­ками 8. Трубки собраны на щите и имеют шкалу отсчетов 9.

Рис. 2. Схема лабораторной установки для определения местных потерь напора

IV. Порядок выполнения работы

Работа состоит из одного или нескольких опытов, которые проводятся при разных расходах в трубопроводе. В каждом опыте измеряются расход Q и пьезометрические высоты в контрольных сечениях p/ g.

После того как заполнен напорный бак, открывают пол­ностью вентиль 10 (рис. 2 ) на трубопроводе и устанавливают наибольший расход жидкости. Измерение расхода производят объемным способом с помощью мерного бака 11. Записы­вают показания пьезометров 8 в таблицу по форме 1. Последующие опыты проводят при меньших расходах жидко­сти. В каждом опыте производят те же измерения, что и в опыте 1. Результаты измерений записывают в протокол отчета.

Форма 1

№ сечения	1	2	3	4	5	6
Пьезометрическая высота p/ g· ,м

По окончании опытов вентиль 10 на трубопроводе пол­ностью закрывают и проверяют правильность показаний пьезометров: уровни жидкости во всех трубках должны рас­полагаться в одной горизонтальной плоскости.

Диаграмма уравнения Бернулли строится для потока при наибольшем расходе (опыт 1).

Для построения пьезометрической и гидродинамической линий вычерчивают в масштабе схему трубопровода с нане­сением вертикальных линий через контрольные сечения. По вертикалям, проведенным через контрольные сечения, в мас­штабе откладывают от оси трубопровода отрезки, соответ­ствующие измеренным пьезометрическим высотам p/ g. Концы отрезков соединяют прямой, которая и представляет собой пьезометрическую линию, имеющую постоянный уклон на данном участке трубопровода. По вычисленным значе­ниям скоростного напора в таблице, составляемой по форме 2, определяют гидродинамический напор Н и строят гидродинамическую линию. Среднюю скорость v на участках трубопровода находят как v = Q/S. Коэффициент прини­мают: при ламинарном движении = 2, при турбулентном — .

Форма 2

Исследуемый участок трубопровода	Средняя скорость на участке v, м\с	Скоростной напор , м	Гидродина-мический напор Н, м	Число Рейнольдса Re
Участок I
Участок II
Участок III

Гидродинамическая линия на данном участке трубопровода проходит параллельно пьезометрической, т. е. с тем же уклоном, на расстоянии, равном величине скоростного напора (рис. 1).

Определение местных потерь напора в случаях резкого расширения и резкого сужения потока в трубопроводе и соответствующих коэффициентов местных сопротивлений производят следующим образом.

При резком расширении потока опытная величина местной потери напора равна

. (4)

Коэффициент местного сопротивления

. (5)

При резком сужении потока опытная величина местной потери напора равна

_. (6)

Коэффициент местного сопротивления

. (7)

Для сопоставления полученных опытных величин с расчетными значениями коэффициентов вычисляют числа Рейнольдса и по справочным руковод­ствам устанавливают значения в зависимости от вида местного сопротивления и числа Рейнольдса. При больших значениях чисел Рейнольдса _(Re>1⁰₄₎, отвечающих турбу­лентному режиму движения жидкости при квадратичном законе сопротивления, расчетные величины в случае резкого расширения и резкого сужения потока могут быть вычислены по формулам (2) и (3).

При сопоставлении опытных и расчетных значений ко­эффициентов местных сопротивлений определяют их рас­хождение по формуле относительной погрешности, аналогич­ной (3).

При выполнении работы следует обратить особое вни­мание:

а) на то, что при турбулентном движении давление в по­токе пульсирует, поэтому уровни в пьезометрах колеблются и отсчеты записывают по средним значениям (между мини­мальным и максимальным положением уровней);

б) на форму гидродинамической и пьезометрической линий;

в) на то, что численные значения коэффициентов местных сопротивлений не зависят от средней скорости течения и близки к расчетным только при больших числах Re, соот­ветствующих квадратичной области сопротивления.