Схема установки

Установка для вивчення процесу витікання рідини через отвори і насадки (Рисунок 12.1) складається з вертикального резервуара 1 з боковим гвинтовим отвором 4, призначеним для встановлення змінних насадок 5. Вода подається з водопроводу, її витрата регулюється вентилем 3, рівень води в резервуарі 1 контролюється за допомогою п’єзометра 2.

Рисунок 12.1 Схема лабораторної установки для дослідження витікання через отвори і насадки

Для вимірювання координат точок траєкторії струмини встановлена горизонтальна лінійка 6 з міліметровими поділками і рухомим повзунком 7, в якому закріплений стержень 8 з міліметровими поділками, що може переміщатися по вертикалі. Рідина через насадку 5 витікає в ванну 9 і далі, трубопроводом 10, в каналізацію. Витрата рідини через отвір (насадку) вимірюється об’ємним способом за допомогою мірної ємності на 1-2 л і секундоміра.

12.4 Хід виконання досліду

12.4.1 В отвір 4 вкручується насадка 5 і резервуар 1 заповнюється водою. Подача рідини регулюється вентилем 3 таким чином, щоб вибрана для даного режиму величина напору H була постійною.

12.4.2 Використовуючи лінійку 6 і стержень 8 визначають координати x ₀, y ₀ точки, на виході струмини із отвору чи насадки.

12.4.3 П’єзометром 2 вимірюють напір H.

12.4.4 Вимірюють температуру води t.

12.4.5 Для встановленого напору H за допомогою лінійки 6 і стержня 8 вимірюють щонайменше три пари координат точок траєкторії струмини x_i і y_i (i – 1, 2, 3… точка траєкторії).

12.4.6 На кожному режимі два-три рази міряють об’єм V_і і час його витікання t_і.

12.4.7 За допомогою вентиля 3 міняють подачу рідини (збільшують чи зменшують в залежності від напрямку проведення досліду) і встановлюють новий напір H. Повторяють виміри пп. 12.4.3-12.4.6 для 5-6 режимів.

12.5 Обробка результатів досліджень

12.5.1 За виміряними значеннями V_і і t_і визначається фактична витрата і знаходиться її середнє значення.

. (12.6)

12.5.2 Визначається теоретична витрата рідини:

, (12.7)

де d ₀ – діаметр отвору чи вихідного перерізу (перерізу, в якому струмина відривається від стінок) насадки.

12.5.3 Коефіцієнт витрати розраховується за формулою:

. (12.8)

12.5.4 Перераховують виміряні координати x_i, y_i до системи координат, початок якої розміщений в точці витікання струмини (x ₀, y ₀):

(0.9)

12.5.5 З формули (12.5) за координатами , визначається коефіцієнт швидкості:

, (12.10)

і далі розраховують середнє значення j.

12.5.6 З формули (12.3) знаходимо коефіцієнт опору:

. (12.11)

12.5.7 Коефіцієнт стиснення струмини при витіканні через отвори (насадки) визначається із формули (12.4):

. (12.12)

12.5.8 Використовуючи формулу (12.5), розраховують теоретичні координати траєкторії струмини , . При цьому для розрахунків використовують теоретичне значення коефіцієнта швидкості j_теор, яке вибирається в залежності від типу отвору чи насадки.

12.5.9 На міліметровому папері будується теоретична крива траєкторії струмини і наносяться дослідні точки траєкторії.

12.5.10 Визначається похибка дослідних координат по відношенню до теоретичних:

, (12.13)

. (12.14)

12.5.11 Розраховують в’язкість води n в залежності від температури t.

12.5.12 Визначають теоретичну швидкість витікання рідини:

. (12.15)

12.5.13 Розраховують число Рейнольдса Re:

. (12.16)

12.5.14 Будують графіки залежності коефіцієнтів m, j, e, x від числа Рейнольдса, проводиться їх аналіз.

Таблиця 12.1 – Протокол даних дослідів і розрахунків

№ режиму

Напір Н, см

Координати траєкторії, см

Об’єм рідини V, см ^3

Час t, с

Фактична витрата Q, см ^3 /с

Теоретична витрата Qтеор, см ^3 /с

Коефіцієнти

Температура t, ° C

Re

xi

yi

m

j

e

x

Координати точки на виході із отвору насадки:

x ₀ = см,
y ₀ = см.

Вихідний діаметр отвору (насадки): d ₀ = см.

12.6 Контрольні запитання

12.6.1 Які причини стиснення струмини при витіканні через отвори і насадки?

12.6.2 Який фізичний зміст коефіцієнтів витрати, швидкості і стиснення струмини?

12.6.3 Яка причина виникнення вакууму в циліндричних насадках при витіканні рідини?

12.6.4 В чому перевага витікання рідини через циліндричну насадку в порівнянні з витіканням через отвір того ж діаметру?

12.6.5 Чим відрізняється витікання через насадку від витікання через отвір?

12.6.6 Які є типи насадок?

12.6.7 Які існують режими витікання рідини через отвори?

12.6.8 Які існують режими витікання рідини через циліндричні насадки?

12.6.9 Як залежать коефіцієнти витрати, швидкості і стиснення струмини від режиму витікання?

12.6.10 Як впливає зміна властивостей рідини (густини і в’язкості) на витрату і швидкість витікання рідини через отвори і насадки?

12.6.11 Чи зміниться витрата рідини, якщо циліндричну насадку замінити конічно розбіжною (діаметри вихідних перерізів однакові)?

Дата добавления: 2015-07-11