Дослідні та розрахункові дані

№ досл.	Покази водомірного скла, м	Відстань від площини порівняння, м	Показимановакууметрів, кгс/см^2	П’єзометричний напір, м	Гідроста-тичний напір, м

 

Контрольні питання

1. Сформулюйте основне рівняння гідростатики.

2. Наведіть дві форми запису основного рівняння гідростатики?

3. Що таке абсолютна п’єзометрична висота?

4. Що таке п’єзометрична висота?

5. Що таке гідростатичний напір?

6. Сформулюйте закон Паскаля.

7. Опишіть будову лабораторної установки.

8. Яке призначення вентилів 7 та 9?

9. Яке призначення вентилів 5 та 10?

10. Де вибрана площина порівняння при проведенні лабораторної роботи?

11. Як залежить зміна тиску від різниці показів водомірного скла?

12. Яка залежність між кгс/см², м.вод.ст. та Па?

Лабораторна робота №4

 

Тема: „Дослідна перевірка рівняння Бернуллі”

Мета: Провести перевірку рівняння Бернуллі та дослідження втрат напору потоку рідини

 

Теоретичні положення

Лабораторна робота проводиться на установці, що призначена для демонстрації основного рівняння гідравліки. Для потоку реальної (в’язкої) рідини рівняння Бернуллі записується в наступному вигляді:

(1)

де – відстань від довільно обраної горизонтальної площини до центру ваги і -того перерізу потоку;

– тиск в центрі ваги і -того перерізу;

– середня швидкість рідини в і -тому перерізі;

– коефіцієнт Коріоліса і -того перерізу, що враховує нерівномірність розподілу швидкостей по перерізу і рівний відношенню дійсної кінетичної енергії до кінетичної енергії того ж потоку при рівномірному розподілі швидкостей. Звичайно його значення в каналах і трубопроводах змінюється в межах 1,05...1,10;

– сумарна гідравлічні втрати напору втрати напору між перерізами 1 і 2, обумовлена в’язкістю.

З енергетичної точки зору сума трьох доданків є повною питомою енергією рідини в і -тому перерізі або повним гідродинамічним напором. Двочлен – це питома потенціальна енергія або п’єзометричний напір в і -тому перерізі, що складається з питомої енергії положення і питомої енергії тиску ; – питома кінетична енергія в і -тому перерізі або швидкісний напір; – втрати питомої енергії між перерізами 1 і 2.

Під час руху реальної рідини частина енергії потоку витрачається на подолання сил тертя між шарами рідини та між рідиною і стінками русла. Крім того рух рідини часто супроводжується обертанням частинок, утворюються вихори, окремі шари переміщаються. Тому частина повного напору втрачається, напір буде менший за напір на величину втрат:

(2)

З геометричної точки зору – геометрична висота; – п’єзометрична висота; – швидкісна висота.

Зменшення повного напору по довжині називається гідравлічним похилом

(3)

де – довжина потоку між перерізами 1 та 2.

Відношення зміни п’єзометричного напору до довжини потоку називається п’єзометричним похилом:

(4)

Відношення зміни геометричної висоти до довжини потоку – геометричним похилом:

(5)

Геометричний і п’єзометричний похил можуть бути додатними, нульовими та від’ємними. Гідравлічний похил завжди додатній, остільки лінія повного напору постійно знижується вздовж потоку.

Рис. 1. Схема лабораторної установки і графічне зображення складових рівняння Бернуллі

 

Опис лабораторної установки

Схема установки для дослідження втрат енергії потоку наведена на рис. 1. Установка являє собою ділянку напірного трубопроводу змінного перерізу з трьома попарно приєднаними до неї п’єзометричними трубками та трубками Літо.

В кожній парі трубок зліва знаходяться п’єзометричні трубки (призначені для вимірювання п’єзометричної висоти, а справа – трубки Піто (для вимірювання величини .

Поперечні перерізи трубопроводу в місцях приєднання першої та третьої пари трубок рівні між собою ( ) і більші за поперечний переріз у місці приєднання другої пари трубок ( ).

Установка оснащена напірним і зливним баками: з напірного бака вода надходить в трубопровід, а зливний бак служить для її зливання після проходження через трубопровід.

Об’єм води, яка надійшла витекла з трубопроводу визначається за допомогою лінійки водомірного скла в зливному баку. Час наповнення зливного бака визначається за допомогою секундоміра.

 

Порядок виконання роботи

1. Визначаємо втрати енергії потоку дослідним шляхом:

1.1. Створюємо такий напір води, при якому режим її протікання в трубопроводі буде стаціонарним.

1.2. Знімаємо покази п’єзометрів та трубок Піто і заносимо їх у таблицю 1.

1.3. За отриманими показами на міліметровому папері будуємо лінії п’єзометричного та повного напорів.

1.4. Визначаємо експериментально отримані втрати енергії потоку у досліджуваних перерізах за формулою .

2. Визначаємо втрати енергії потоку аналітичним шляхом:

2.1. Визначаємо об’єм води в зливному баку час його наповнення .

2.2. Визначаємо витрату води за формулою .

2.3. Визначаємо середні швидкості в досліджуваних перерізах за формулою .

2.4. Визначаємо швидкісний напір у досліджуваних перерізах трубопроводу за формулою .

2.5. Визначаємо повний напір потоку в досліджуваних перерізах трубопроводу за формулою

2.6. На графіку з експериментальною лінією повного напору будуємо лінію повного напору за даними виконаних теоретичних розрахунків.

2.7. Визначаємо теоретично отримані втрати енергії потоку у досліджуваних перерізах за формулою .

3. Співставляємо величини та та визначаємо величини отриманих похибок визначення втрат енергії потоку. Оцінюємо неспівпадання ліній повних напорів, отриманих експериментальним та теоретичним шляхом. Аналізуємо причини отриманих відхилень.

4. Визначаємо геометричний похил для досліджуваних поперечних перерізів потоку за формулою (5).

5. Визначаємо п’єзометричний похил на ділянках між досліджуваними перерізами за формулою (4).

6. Визначаємо гідравлічний похил на ділянках між досліджуваними перерізами за формулою (3).

Результати виконаних розрахунків заносимо в таблицю 1. Робимо висновки

Таблиця 1

№ п/п	Показник	Одиниці вимірю.	Числові значення показника в перерізах
І-І	ІІ-ІІ	ІІІ-ІІІ
	Покази п’єзометра	м
	Покази трубки Піто	м
	Втрати енергії потоку	м
	Висота над площиною порівняння	м
	Діаметр перерізів трубопроводу	м
	Об’єм води в зливному баку	м^3
	Час наповнення бака	с
	Витрата води	м^3/с
	Середня швидкість	м/с
	Швидкісний напір	м
	Повний напір	м
	Втрати енергії потоку	м
	Довжина потоку між перерізами	м
	Геометричний похил	–
	П’єзометричний похил	–
	Гідравлічний похил	–

 

Контрольні запитання

1. Запишіть основне рівняння гідравліки та охарактеризуйте всі величини, які в нього входять.

2. Енергетичний зміст рівняння Бернуллі.

3. Геометричний зміст рівняння Бернуллі.

4. Що таке напір? Які види напору ви знаєте?

5. Охарактеризуйте коефіцієнт кінетичної енергії (коефіцієнт Коріоліса).

6. Як позначаються сумарні гідравлічні втрати і чим вони обумовленні?

7. Як визначити геометричний похил? Одиниці вимірювання.

8. Як визначити п’єзометричний похил? Одиниці вимірювання.

9. Як визначити гідравлічний похил? Одиниці вимірювання.

10. Що таке витрата? Одиниці вимірювання.

11. Запишіть рівняння нерозривності потоку і охарактеризуйте всі величини, що в нього входять.

Лабораторна робота №5

 

Тема: „Тарировка витратоміра Вентурі”