Составители: А.А.Иванов, В.М.Косырев, В.А.Алексеев

Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ИЗ ОТВЕРСТИЙ И НАСАДКОВ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплине

«Гидравлика и гидравлические машины»

для студентов специальностей 170500 и 170600

всех форм обучения

 

Нижний Новгород 2000

Составители: А.А.Иванов, В.М.Косырев, В.А.Алексеев

 

УДК 532.522

 

Экспериментальная иллюстрация уравнения Бернулли: Метод. указания к лабораторной работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины» для студентов спец. 170500 и 170600 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: А.А.Иванов, В.М.Косырев, В.А.Алексеев. Н.Новгород, 2000. 13 с.

 

Приведены сведения об особенностях истечения жидкости из отверстий и насадков, даны зависимости для определения коэффициентов скорости, расхода и сжатия струи при истечении жидкости с постоянным напором, изложена методика проведения работы и методика обработки опытных данных.

 

Редактор Э.А.Жирнова

 

 

Подп. к печ. ___________. Формат 60х84¹/₁₆. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. ___. Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 150 экз. Заказ ______.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул.Минина, 24.

 

 

ãНижегородский государственный

технический университет.

 

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Целью работы является определение опытным путем коэффициентов скорости, расхода и сжатия струи при истечении жидкости под постоянным напором из малых отверстий в тонкой стенке и насадков.

 

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1. Истечение жидкости через малые отверстия в тонкой стенке

Малым отверстием (рис.1) называют такое отверстие, которое одновременно удовлетворяет двум условиям:

а) скорость подхода жидкости к отверстию пренебрежимо мала;

б) скорости жидкости в верхней и нижней точках сжатого сечения примерно равны друг другу.

В практических расчетах отверстие считают малым, если высота (диаметр) отверстия не превосходит 0,1 Н.

 

 

Рис.1. Схема истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке

 

Водоворотная (завихренная) зона образуется в результате изгиба линий тока, вызванного условиями входа жидкости в отверстие. Струя заполняет все сечение насадки не сразу, а лишь на некотором расстоянии от входа. Минимальная площадь живого сечения струи (центральной части потока) внутри насадка называется сжатым сечением. При движении жидкости через насадок в водоворотной зоне, где находятся жидкость и выделившиеся из нее пары и растворенные газы, образуется вакуум, величина которого зависит от напора. Вследствие разряжения жидкость подсасывается из резервуара и скорость протекания жидкости через насадок возрастает. Одновременно вакуум несколько расширяет сжатое сечение. Совокупность этих явлений приводит к увеличению расхода жидкости через насадок.

Скорость и расход при истечении из насадков определяются по тем же формулам, что и для отверстий в тонкой стенке, с учетом собственных значений коэффициентов скорости, расхода и сжатия струи.

 

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Лабораторная установка для изучения истечения жидкости из отверстия и насадков (рис. 2) состоит из напорного бака 1, корыта 9, мерного сосуда 8 емкостью 10 л и измерительного устройства (экрана) 7.

Напорный бак оборудован запорным устройством 2 и зажимным устройством 5, служащим для закрепления насадков 6. Для поддержания постоянного уровня жидкости в напорном баке служит переливная труба 3, а для его контроля – указатель уровня 4. Переливная труба установлена таким образом, что в баке всегда должен поддерживаться уровень над осью выходного отверстия Н₀ = 1 м.

Вентиль 12 служит для заполнения и подпитки бака водой в период проведения работы. Для полного слива воды из напорного бака в корыто служит кран 11, а из корыта в канализацию – вентиль 10.

В комплект установки входит набор насадков и стаканов с отверстиями разной формы.

 

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

 

Убедившись в том, что запорное устройство закрывает выходное отверстие напорного бака с помощью вентиля 12, производится его заполнение водой при закрытом кране 11. С помощью зажимного устройства устанавливается необходимый насадок или стакан.

Пуск установки осуществляется отводом запорного устройства от отвестия в баке с помощью маховика. Дляя уменьшения влияния помех на формирование струи, вытекающей из отвестия или насадка, запорное устройство отводится от переднней стенки бака на максимальное расстояние.

С помощью экрана 7 замеряются координаты и центров тяжести трех произвольных сечений вытекающей из бака струи. После этого под струю устанавливается мерный сосуд 8 и при помощи секундомера замеряется время его заполнения. Одновременно термометром определяется температура воды. При этом уровень воды в напорном баке должен поддерживаться постоянным с помощью вентиля 12. О неизменности уровня в баке можно судить по указателю уровня 4 или непрерывному сливу излишков поступающей в бак воды через трубу 3.

После проведения указанных замеров вращением маховика запорного устройства закрывается выходное отверстие напорного бака, производится замена насадка и проводятся аналогичные измерения.

По окончании работы открывается кран 11 и вода из напорного бака сливается в корыто.

Вентиль слива в канализацию 10 должен быть открыт в течение всей работы.

 

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА УСТАНОВКЕ

 

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать правила, изложенные в инструкции по технике безопасности в лаборатории «Гидравлика и гидравлические машины» кафедры МАХПП.

Особую осторожность следует соблюдать при замене насадков во избежание получения травм рук о шпильки крепления крышки окна напорного бака.

Запрещается производить замену насадков при незакрытом выходном отверстии напорного бака.

 

6. ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

 

Для определения величины коэффициента скорости можно воспользоваться уравнением траектории струи, являющейся параболой. Совместим начало координат с центром выходного отверстия в тонкной стенке ил насадке (см. рис. 3) и будем считать, что горизонтальная составляющая скорости в любой точке на оси струи ввиду незначительного сопротивления воздуха остается равной скорости истечения из отверстия или насадка . Вертикальная составляющая скорости возникает за счет силы притяженния. Тогда путь, пройденный некоторой частицей жидкости за время , составит:

По горизонтали

, (7)

по вертикали

, (8)

где g – ускорение силы тяжести, м/с².

Решая совместно уравнения (7) и (8) относительно , получим

 

. (9)

Подставляя полученное выражение в уравнение (4) с учетом (2), получим формулу для определения коэффициента скорости

. (10)

Для удобства обработки опытных данных (см. рис. 3) формулу можно представить в следующем виде

, (11)

где расстояние от плоскости выходного отверстия в тонкой стенке

или насадка (оси ) до оси измерительного устройства

(экрана);

расстояние от оси отвестия в тонкой стенке (насадка) до оси

измерительного устройства.

Коэффициент расхода определяется из уравнения (6), которое можно представить в виде

, (12)

где объем мерного сосуда, м³;

время наполнения мерного сосуда, с.

Коэффициент сжатия струи определяется как частное

. (13)

Необходимые для определения результатов измерений данные приведены в таблице.

 

 

Наименование величин	Численное значение
Площади отвестий в тонкой стенке: круглого квадратного Площади отверстий в насадкаах: круглого квадратного треугольного Площадь входного отвестия конического расходящегося насадка Площадь выходного отверстия конического сходящегося насадка Угол конусности конических насадков Длина насадков Расстояние от оси до оси Расстояние от оси до оси для отверстий в тонкой стенке для насадков	0,809.10-4 м2 0,792.10-4 м2   0,809.10-4 м2 0,774.10-4 м2 0,810.10-4 м2   1,005.10-4 м2   0,809.10-4 м2 100 0,05 м 0, 02 м     0,14 м 0,08 м

 

1. ВЫВОДЫ

 

После обработки опытных данных и вычисления коэффициентов скорости , расхода и сжатия струи для различных отверстий и насадков, проводится их сравнение между собой, а также с данными, взятыми из литературных источников и делаются выводы, объясняющие расхождение результатов.

 

1. ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ

 

Отчет о выполненной работе представляется в форме, приведенной в приложении.

 

1. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

9.1. Какими признаками характеризуется малое отверстие в тонкой стенке?

9.2. Как получить уравнение для определения скорости истечения жидкости из отверстия под постоянным напором?

9.3. Что понимается под коэффициентами скорости, расхода и сжатия струи? Как они связаны между собой?

9.4. Почему происходит сжатие струи при истечении через отверстие в тонкой стенке?

9.5. В каком случае сжатие струи называется неполным, несовершенным? Как это влияет на коэффициент расхода?

9.6. Как получить выражение для определения коэффициента скорости, используя уравнение траектории струи?

9.7. От каких факторов зависят скорость и расход жидкости при истечении через отверстия и насадки?

9.8. Что называется насадком и на какие основные группы они делятся? Особенности истечения через различные насадки.

9.9. Почему при истечении через насадки коэффициент расхода больше, чем при истечении через отверстие в тонкой стенке?

9.10. Области применения различных типов насадков.

9.11. Как определить величину вакуума в насадке? Почему величина вакуума зависит от напора?

9.12. Методика проведения лабораторной работы и обработки опытных данных.

Литература

 

1. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. Харьков, изд. Харьковского университета, 1966.

2. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л., «Энергия», 1975.

3. Богомолов А.И., Михайлов К.А. гидравлика. М., Стройиздат, 1972.

4. Цибин Л.А., Шанаев И.Ф. Гидравлика и насосы. М., «Высшая школа», 1976.

5. Бобровский С.А., Соколовский С.М. Гидравлика, насосы и компрессоры. М., «Недра», 1972.

 

Приложение

 

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО

СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РСФСР

 

Нижегородский государственный технический университет

 

Дзержинский филиал

 

Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»

Курс «Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы»

 

 

ОТЧЕТ

лабораторной работе № 7

 

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ И НАСАДКОВ

 

 

Факультет

 

Группа

 

Студент

 

Работа принята

 

«____» _____________ 2000 г. Преподаватель ________________________

 

Рис. 1 схема установки

 

Данные величины

 

Высота столба жидкости над осью отверстия м

Емкость мерного сосуда м³

Площади отвестий в тонкой стенке:

круглого м²

квадратного м²

треугольного м²

Площадь входного отверстия конического

расходящегося насадка м²

Площадь выходного отверстия конического

сходящегося насадка м²

Расстояние от оси до оси м

Расстояние от оси до оси

для отверстий в тонкой стенке м

для насадков = м

 

Таблица

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: