10788
.pdf
60
Рисунок 3.2.3 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 3
1 – питающий бак; 2 – непрерывный горизонтальный трубопровод диаметром dвн , на участке которого длиной L измеряется потеря напора hl ; 2(1) – трубопровод, выполненный из стальных труб; 2(2) – трубопровод, выполненный из пластмассовых труб; 3 – два пьезометра, необходимые для измерения потери напора в потоке воды на участке напорного трубопровода (на схеме показаны пьезометры, т.к. они более четко отражают физические особенности текущей гидравлической ситуации, но в действительности использованы дифпьезометры); 4 – запорный вентиль; 5 – мерный бак; 6 – хронометр; 7 – термометр.
61
L – длина участка трубопровода, на котором измеряется «потеря напора по длине» hl .
При широкодиапазонном изменении параметров Q и V (7 – 10 опытов эксперимента) значения различны, что обусловлено размещением групп опытов в различных областях сопротивления при турбулентном режиме движения потока воды. Это должно быть проверено и подтверждено расчетом.
Лабораторная работа № 4
Сложная структура потока жидкости в границах «местного сопротивления» предопределяет неизбежность экспериментального изучения и нахождения обобщенной конструктивной характеристики – коэффициента местного сопротивления . Исследования выполняются на специализированном лабораторном стенде, схема которого представлена на рис. 3.2.4.
Для организации эксперимента используется преобразованная формула Вейсбаха:
|
2 g hj |
, |
(3.2.9) |
|
V2 |
||||
|
|
|
где hj – потеря напора в местном сопротивлении; в данном эксперименте измеряется и рассчитывается с учетом показаний hf1 и hf2 двух
дифпьезометров: hj 2 hf2 hf1.
Для получения статистически достоверного значения в ходе эксперимента выполняются 5 – 7 опытов.
62
Рисунок 3.2.4 – Схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 4
1 – питающий бак; 2 – напорный горизонтальный трубопровод диаметром dвн ; 3 – местное сопротивление (шаровой кран – см. схему узла 1); гидравлические характеристики которого изменяются при регулировании (т.е. угла измеряемого между осью трубопровода 2 и осью проходного канала сферического запорного органа); 4 и 5 – группы пьезометров для измерения потери полного напора hf на участках трубопровода 2 длиной L и L/2 (в
действительности использованы дифпьезометры); 6 – запорный вентиль; 7 – мерная емкость; 8 – хронометр; 9 – термометр.
63
3.3. Оформление результатов выполнения лабораторных работ
Лабораторная работа № 1 «Исследование режимов движения жидкости»
Характеристика структурных и функциональных |
Опыты эксперимента |
|||||||||||
элементов эксперимента |
|
1 |
2 |
3 |
||||||||
1) Вид движения потока жидкости, заданный |
|
|
|
|||||||||
конструктивным исполнением лабораторной |
|
|
|
|||||||||
установки |
|
|
|
|
||||||||
2) Параметры физических свойств рабочей |
|
|
|
|||||||||
жидкости – воды: |
|
|
|
|
||||||||
– температура воды t , С |
|
|
|
|
||||||||
– коэффициент кинематической вязкости – |
ν, |
|
|
|
||||||||
м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3) Промежуточные и конечные показатели в |
|
|
|
|||||||||
методике определения расхода потока воды: |
|
|
|
|
||||||||
– объем мерной емкости – W, м3 |
|
|
|
|
||||||||
– время наполнения мерной емкости – , с |
|
|
|
|
||||||||
– расход потока воды – Q |
W |
, м3/с |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4) Параметры трубопровода и потока воды в нем: |
|
|
|
|||||||||
– внутренний диаметр трубопровода – dвн , мм |
|
|
|
|
||||||||
– площадь живого сечения потока воды |
– |
|
|
|
||||||||
|
dвн2 |
, м2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– средняя скорость в живом сечении потока воды |
|
|
|
|||||||||
– V |
Q |
, м/с |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V dвн |
|
|
|
|
||||
– число Рейнольдса – Re |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
ν |
|
|
|
|
||
5) Режим движения потока воды: |
|
|
|
|
||||||||
– по результатам визуализации структуры потока |
|
|
|
|||||||||
воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
– расчетно-теоретическая оценка |
|
|
|
|
||||||||
64
Лабораторная работа № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури»
Характеристика структурных и |
функциональных Опыты эксперимента |
|
элементов эксперимента |
|
1 2 3 4 5 |
1)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:
– температура воды t , С
– коэффициент кинематической вязкости – ν, м2/с
2)Промежуточные и конечные показатели в методике
определения расхода потока воды:
– объем мерной емкости – W, м3
– время наполнения мерной емкости – , с
– действительный (фактический) расход потока воды –
Q W , м3/с
3) Параметры расходомера Вентури и потока воды в нем:
– диаметры входной и суженной частей расходомера –
d1 / d2 , м
–площади живых сечений потока воды во входной и суженной частях расходомера – 1 / 2 , м2
–средняя скорость потока воды в указанных живых
сечениях – V |
Q |
V |
Q |
, м/с |
||
|
|
|||||
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
||
–число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока воды Re1 
Re2
–разность пьезометрических высот в указанных живых
сечениях потока воды (показание дифпьезометра) – h, м
– |
конструктивная |
|
постоянная |
характеристика |
||||||||||
расходомера – |
A |
|
2 g |
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
||||
4) |
Расход потока воды для идеальной жидкости – |
|||||||||||||
Q |
A |
|
, м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) Поправочный коэффициент расхода |
Qф |
|
||||||||||||
QТ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
65
Лабораторная работа № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения»
Характеристика структурных и |
функциональных Опыты эксперимента |
|
элементов эксперимента |
|
1 2 3 … 7 |
1)Вид движения потока жидкости, заданный конструктивным исполнением лабораторной установки
2)Параметры физических свойств рабочей жидкости – воды:
– температура воды t , С
– коэффициент кинематической вязкости – ν, м2/с
3)Определение расхода потока воды – Q W , м3/с
4) Параметры трубопровода:
–материал труб
–диаметр трубопровода – dвн , мм
–расстояние между точками подключения дифпьезометра – l, м
5) Параметры потока воды в трубопроводе:
–площади живых сечений потока воды – 1 / 2 , м2
–средняя скорость потока воды в указанных живых
сечениях – V |
Q |
V |
Q |
, м/с |
||
|
|
|||||
1 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
||
– число Рейнольдса в указанных живых сечениях потока воды Re1 
Re2
– разность пьезометрических высот на контрольном участке потока воды (показание дифпьезометра) – hl(1) , м
– hl(2) , м
6)Коэффициент гидравлического трения технической трубы – 1 / 2
7)Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы (по при Re 100 000) – Э , мм
8)Область сопротивления в турбулентной зоне течения потока жидкости
66
Лабораторная работа № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления»
Характеристика структурных и функциональных |
|
Опыты эксперимента |
|
|||||||||||
элементов эксперимента |
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
… |
|
7 |
||||
1) Вид движения потока жидкости, заданный |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
конструктивным исполнением лабораторной |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
установки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2) Параметры физических свойств рабочей |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
жидкости – воды: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– температура воды t , С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– коэффициент кинематической вязкости – ν, м2/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3) Определение расхода потока воды – Q |
W |
, м3/с |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) Параметры трубопровода (трубы и местного |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
сопротивления): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– материал труб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– диаметр трубопровода – dвн , мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– вид местного сопротивления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– угол поворота рабочего органа шарового крана – |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
, град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5) Параметры потока воды в трубопроводе: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
– площадь живого сечения потока воды – , м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
– средняя скорость потока воды в живом сечении |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
– V |
Q |
, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
– число Рейнольдса в живом сечении потока воды |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Re |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– потеря полного напора на участке длиной |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
l hf |
, м |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
l h |
|
, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
f2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
6) Коэффициент местного сопротивления – |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
67
3.4.Вопросы защиты выполненных лабораторных работ
1)Теоретические основы постановки эксперимента в лабораторной работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
Конструктивно-технологическая схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления».
2)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури»: объяснение гидравлических эффектов в расходомере с использованием Д. Бернулли.
Конструктивно-технологическая схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
3)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури»: применение уравнения Д. Бернулли для составления рабочей формулы расходомера.
Конструктивно-технологическая схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
4)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
Конструктивно-технологическая схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури».
5)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления».
Конструктивно-технологическая схема экспериментальной установки в лабораторной работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
6)Назвать и обосновать виды движения потока жидкости в трубопроводе, на котором производятся измерения в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
68
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной
работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
7)Назвать и обосновать виды движения потока жидкости в трубопроводе, на котором производятся измерения в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления».
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури».
8)Подготовить конструктивно-функциональную характеристику измерительного комплекса (по определению p, Q, V, Re) экспериментальной
установки в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
9) Подготовить конструктивно-функциональную характеристику измерительного комплекса (по определению p, Q, V, Re) экспериментальной установки в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления».
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури».
10)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 1 «Исследование режимов движения жидкости».
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
11)Теоретические основы подготовки эксперимента в лабораторной работе № 2 «Градуирование (тарирование) расходомера Вентури»: применение уравнения Д. Бернулли для объяснения спецгидравлических эффектов и составление рабочей формулы расходомера Вентури.
Описать план и методику выполнения эксперимента в лабораторной работе № 4 «Определение коэффициента местного сопротивления».
69
12) Подготовить конструктивно-функциональную характеристику измерительного комплекса (по определению p, Q, V, Re) экспериментальной установки в лабораторной работе № 3 «Определение коэффициента гидравлического трения».
Построить напорную (Е-Е) и пьезометрическую (P-P) линии для потока жидкости в трубопроводе экспериментальной установки в лабораторной работе № 3.