1. Наповнюють напірний резервуар водою до рівня, при якому починається перелив води в переливну трубу. Поворотом диску установлюють круглий отвір, при витіканні з якого визначають об'єм води , який надійшов в мірний резервуар за час витікання .
Вимірюють розміри поперечного перерізу: - по вертикалі і - по горизонталі в стисненому перерізі струмини.
2. Обчислюють площу отвору ; площу стисненого перерізу, як площу еліпса ; витрату і середню швидкість в стисненому перерізі .
3. Використовуючи формули (8.1), (8.5) і (8.7) відповідно знаходять коефіцієнти , і , а по формулі (8.8) знаходять коефіцієнт опору .
4. Визначені дослідні значення коефіцієнтів , , і порівнюють з довідниковими значеннями.
5. Поворотом диску по черзі установлюються в робочий стан отвори різної форми і спостерігають явище інверсії.
8.5. Контрольні запитання
1. Який отвір називають малим і який гідравлічний зміст "тонка стінка"?
2. В яких випадках виникає неповне, досконале і недосконале стиснення?
3. Поясніть фізичний зміст коефіцієнтів і .
4. Що собою являє коефіцієнт стиснення струмини?
5. Який зв'язок існує між коефіцієнтами і ζ?
6. Як виражається коефіцієнт витрати μчерез коефіцієнти і ?
7. Напишіть формулу витрати для малого отвору в тонкій стінці.
8. Що таке інверсія струмини і які причини її виникнення?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ВИТРАТИ, ШВИДКОСТІ І
ОПОРУ ПРИ ВИТІКАННІ РІДИНИ З НАСАДКІВ ПРИ СТАЛОМУ НАПОРІ
Загальні відомості
Насадками називаються короткі патрубки довжиною ( - внутрішній діаметр насадка), приєднані до отворів в тонких стінках. Насадки застосовуються в ежекторах-водоструминних насосах, в гідромоніторах, гідроелеваторах, гідротурбінах, гідрокамерах для миття автомобілів, карбюраторах, в поже-жних пристроях і т.п.
Найбільш поширені види насадків такі: зовнішній циліндри-чний (рис.10), внутрішній циліндри-чний, конічно-збіжний, конічно-розбіжний і коноїдальний, викона-ний у формі витікаючого з отвору струмини.
Визначення сере-дньої швидкості і витрати при витіканні
рідини з насадків
здійснюється за тими ж залежностями, що й
Рис. 10. Схема до розрахунку
зовнішнього циліндричного насадка
при витіканні з отворів. Різниця полягає у величині коефіцієнтів витрати, швидкості, опору і стиснення. Так, при витіканні рідини з будь-яких насадків, використовуючи рівняння Д.Бернуллі для перерізів 1-1 і 2-2 відносно площини порівняння 0-0 (рис. 10), можна одержати розрахункові формули швидкості і витрати, які віднесені до вихідного перерізу (2-2) насадка:
,
(9.1)
,
(9.2)
де - напір над центром насадка;
- площа вихідного перерізу насадка;
- коефіцієнт витрати;
- коефіцієнт швидкості, який визначається залежністю:
,
(9.3)
в даному випадку - коефіцієнт опору насадка.
Коефіцієнти , і мають різні значення залежно від типу насадка.
В насадку струмина спочатку стискується, як в отворі, а потім розширюється, заповнюючи весь переріз (рис. 10). Розрахунковим тут вважається не стиснений переріз С-С, а переріз 2-2 на виході, для якого коефіцієнт стиснення струмини .Тому для насадків .
Так як в стисненому перерізі С-С швидкість більша, ніж у вихідному перерізі насадка 2-2 ( ), то в стисненому перерізі у середині насадка тиск менший від атмосферного ( ), тобто в стисненому перерізі усередині насадка виникає вакуум. Якщо до насадку в стисненому перерізі підключити вакуумметр, то рідина в ньому підніметься на висоту .
Утворення вакууму всередину насадка сприяє збільшенню його витрати порівняно з витратою отвору такого ж розміру при однаковому напорі. На основі дослідів одержані, для різних типів насадків, такі значення коефіцієнтів:
Тип насадка
Значення коефіцієнтів
Зовнішній циліндричний насадок
1,00
0,50
0,82
0,82
Внутрішній циліндричний насадок
1,00
1,00
0,71
0,71
Конічно-розбіжний насадок
при
1,00
4,0 3,0
0,45 0,5
0,45 0,5
Конічно-збіжний насадок при
0,98
0,09
0,96
0,94
Коноїдальний насадок
1,00
0,06
0,97
0,97
9.2. Склад лабораторної роботи
1. Визначення коефіцієнтів витрати і опору зовнішнього циліндричного, конічно-збіжного і конічно-розбіжного насадків і порівняння одержаних значень коефіцієнтів з довідниковими.
2. Спостереження за характером струмини, яка витікає з насадків.
9.3. Дослідна установка
Дослідження витікання рідини з насадків проводиться на тій же установці, яка використовується для дослідження витікання рідини з малих отворів (опис цієї установки дивись в роботі № 8).
9.4. Виконаний робота і обробка дослідів
1. Після заповнення напірного резервуара, про що свідчить розпочатий скид води через переливну трубу, поворотом диску установлюють навпроти прорізу, насадок певного типу і вода починає виливатися з насадка в мірний резервуар.
2. Вимірюють час надходження певного об'єму води в мірний резервуар і напір по п'єзометру. Ці ж виміри повторюють з іншими типами насадків.
3. Для кожного типу насадка обчислюють площу вихідного перерізу
(9.4)
і витрату
,
(9.5)
4. Для кожного типу насадка за дослідними значеннями і на основі формули (9.2) знаходять значення коефіцієнта витрати :
,
(9.6)
5. Враховуючи те, що для зовнішнього циліндричного і конічно-розбіжного насадків ( ), а для конічно-збіжного насадка , де для кожного типу насадка обчислюють за формулою (9.3) коефіцієнти опору ζ .
6. Знайдені із дослідів значення , і порівнюють з довідниковими даними.
9.5. Контрольні запитання
1. Що таке насадок?
2. Які типи насадків найбільш поширені і де вони застосовуються на практиці?
3. Напишіть формули для визначення витрати і швидкості витікання з насадка.
4. Які значення мають коефіцієнти , , і для зовнішнього циліндричного насадка?
5. Поясніть причини утворення вакууму усередині насадка.
6. Чому при однакових і витрата насадка більша, ніж витрата з отвору?
7. Яка велична вакууму при витіканні рідини із зовнішнього циліндричного насадка?