Теоретические основы метода

Диафрагма, как известно, является частным типом сужающих устройств, применяемых для измерения расхода. Основным пара­метром, характеризующим диафрагму как расходомера, является ее коэффициент расхода а, входящей в основную расчетную формулу:

, (7.1)

где S₀ - площадь отверстия диафрагмы,

р₁ и р₂ - давления в сечениях, расположенных непосредственно перед диафрагмой и за ней.

Коэффициент расхода α зависит от ряда геометрических па­раметров (например, от степени сжатия потока диафрагмой, от фор­мы кромки ее отверстия, от расположения точек отбора давлений и др.), а также от числа Рейнольдса. Диафрагмы являются широко применяемыми в технике расходомерами и потому многократно ис­пытаны, их параметры и конструкции стандартизованы и занесены в ГОСТы. Настоящая работа не имеет целью знакомить студентов с этой областью измерительной техники. Здесь ставится задача позна­комить студентов с постановкой лабораторного эксперимента по отысканию величины коэффициента расхода конкретной нестан­дартной диафрагмы и его зависимости от числа Рейнольдса. Наряду с этим в опытах получаются данные для построения энергетических графиков.

К местным сопротивлениям, в частности, относятся участки трубопроводов, имеющих переходы с одного диаметра на другой, колена, раструбы, тройники, крестовины, всякого рода запорные устройства и приспособления (краны, задвижки, вентили, клапаны), а также фильтры, сетки, специальные устройства входа и выхода к насосам (диффузоры, конфузоры).

Учет местных сопротивлений играет решающую роль при расчете гидравлически коротких трубопроводах, где величина потерь энергии на местных сопротивлениях сравнима с потерями по длине. Практически любое местное сопротивление приводит к резкому изменению характера течения, сопровождаемого изменением местных скоростей, как по величине, так и по направлению.

На практике для определения потерь энергии на местных сопротивлениях применяется формула Вейсбаха, выражающая потери в долях скоростного напора

, (7.2)

где неизвестный коэффициент пропорциональности ξ называется коэффициентом местного сопротивления.

В качестве скорости υ принимается скорость на участке трубопровода, либо до него. От этого будет зависеть численное значение коэффициента ξ, поэтому необходимо специально оговаривать, по отношению к какой скорости вычислен коэффициент местного сопротивления. В общем случае коэффициент ξ зависит от геометрической формы местного сопротивления и числа Re.

Коэффициент ξ принимается постоянным для данного вида местного сопротивления. Однако экспериментальные исследования показали, что это условие соблюдается только при больших числах Рейнольдса (Re > 104). При небольших величинах Re значения коэффициента ξ существенно зависит от числа Рейнольдса. Справочные значения ξ относятся к случаю, когда местное сопротивление работает в условиях автомодельности по числу Re, т.е. не зависит от его числового значения. Значения ξ, приводимые в справочниках, следует считать ориентировочными. Для уточнения данных о конкретном местном сопротивлении необходимо провести экспериментальное исследование в требуемом диапазоне чисел Re. Однако, есть случаи, когда величина потерь энергии на местном сопротивлении может быть определена теоретически, например, при внезапном расширении потока или прохождении через диафрагму.

Коэффициент сопротивления диафрагмы можно также определить в зависимости от отношения площади поперечного сечения трубы S₂ к площади отверстия диафрагмы S₁ (таблица 7.1).

Таблица 7.1

Порядок измерения