Насадки отчет
.docx
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Кафедра транспорта и хранения нефти и газа
Гидравлика
и нефтегазовая гидромеханика
По дисциплине _______________________________________________________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Определение
коэффициентов истечения жидкости
Тема: _________________________________________________________________
Выполнила: студентка гр. _СТ-11 /______________ / /Максимова Е. Н./
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: доцент /______________/ /Воронов В.А. /
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: ________________
Дата: _____________________
Санкт-Петербург
2013
Цель работы: познакомиться с видами насадков, используемых для формирования струи, научиться определять значения коэффициентов истечения жидкости для каждого из них.
Теоретические сведения:
Скорость истечения идеальной жидкости в атмосферу в данный момент времени через малое отверстие в стенке или насадок определяется по формуле
(1)
где - напор в центре выходного отверстия струи.
Средняя скорость истечения реальной жидкости меньше из-за потерь напора, а также из-за того, что скорость реальной жидкости в исходном сечении струи не равномерна.
Отношение действительной средней скорости истечения жидкости к теоретической называется коэффициентом скорости
. (2)
Расход жидкости в струе
(3)
где - площадь сечения струи на выходе, где течение параллельно-струйное.
Отверстие с острой кромкой – это струеформирующее устройство (СФУ), в котором струя касается стенок один раз. Изображение отверстия с острой кромкой можно увидеть на рисунке 1.
Рисунок 1 – отверстие с острой кромкой.
При истечении из отверстия с острой кромкой струя диаметр струи сначала уменьшается, стремясь к , а затем увеличивается из-за торможения и разрушения струи. Диаметр и скорость струи определяются на некотором удалении от СФУ в месте, где течение параллельно-струйное.
Насадок – это струеформирующее устройство, длина которого равна , а оптимум равен . Изображение насадка можно увидеть на рисунке 2.
Рисунок 2 – насадок.
Так как входная кромка насадка острая, то при входе в него струя сначала медленно сужается, отрываясь от стенок и создавая зону разрежения. Пространство между струей и стенками насадка заполнено жидкостью, находящейся во вращательном вихревом движении при давлении ниже атмосферного. После это струя постепенно расширяется и заполняет все сечение насадка на выходе. Таким образом, при истечении через цилиндрический насадок площадь струи при выходе равна площади отверстия насадка.
Образование вакуума в зоне цилиндрического насадка приводит к увеличению разности напоров, а значит и скорости в сжатом сечении струи. Этим объясняется больший, при равном напоре, расход жидкости, вытекающий из насадка, не смотря на то, что отверстие в тонкой стенке имеет тот же диаметр.
При расчетах удобнее использовать сечение отверстия
(4)
где - коэффициент сжатия струи, отношение площади струи к площади отверстия. Для цилиндрического насадка .
(5)
где - коэффициент расхода насадка.
Схема установки и ход работы:
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3
1 – питающая труба; 2 – задвижка; 3 – бак; 4 – пьезометр; 5 – водослив; 6 – труба для слива избыточной воды; 7 – система перегородок; 8 - противовес; 9 – платформа для крепления сопел; 10 - сопло; 11 – заслонка; 12 – мерный бак ; 13 – водомерная стеклянная трубка; 14 - бассейн; 15 – вентиль.
Рисунок 3 – схема экспериментальной установки.
Ход эксперимента:
-
Установили для 1 и 3 опытов насадок в отверстие, для 2 и 4 отверстие с острой кромкой различного диаметра.
-
Проверили, закрыт ли вентиль на мерном баке 12.
-
Измерили начальный уровень воды в баке и записали его.
-
Открыв заслонку 11 и одновременно включив секундомер, направили струю в мерный бак.
-
Измерили конечный уровень воды в мерном баке.
-
Слили воду из бака, повторили эксперимент еще два раза.
Формулы и данные для расчета:
Объем воды в мерном баке вычисляется по формуле
(6)
где и - уровни воды в мерном баке до и после наполнения, ; - площадь мерного бака, .
Расход воды в i-ом замере
(7)
где - время наполнения мерного бака.
Средний расход воды вычисляется по выражению
(8)
Коэффициент расхода равен
(9)
где - площадь отверстия истечения; - напор воды в центре отверстия.
Коэффициент сжатия струи при истечении
(10)
где - диаметр отверстия; - диаметр струи.
Коэффициент скорости
(11)
Экспериментальные данные:
Полученные экспериментальные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1.1 Данные эксперимента
№ опыта |
СФУ |
№ изм. |
|||||
1 |
Насадок |
25 |
1 |
34,5 |
13 |
23 |
0,00475
|
2 |
33,0 |
||||||
3 |
33,5 |
||||||
2 |
Отверстие |
25 |
1 |
45,7 |
13 |
23 |
0,00475
|
2 |
39,3 |
||||||
3 |
44,1 |
||||||
3 |
Насадок |
16 |
1 |
41,6 |
13 |
18 |
0,002375
|
2 |
37,8 |
||||||
3 |
40,0 |
||||||
4 |
Отверстие |
16 |
1 |
56,1 |
13 |
18 |
0,002375
|
2 |
54,7 |
||||||
3 |
54,0 |
Таблица 1.2 Данные эксперимента
№ опыта |
СФУ |
№ изм. |
|||||||
1 |
Насадок |
1 |
0,000138 |
0,000141
|
0,69 |
25 |
0,0782 |
1 |
0,0782 |
2 |
0,000144 |
||||||||
3 |
0,000142 |
||||||||
2 |
Отверстие |
1 |
0,000104 |
0,000111
|
20 |
0,0614 |
0,64 |
0,0959 |
|
2 |
0,000121 |
||||||||
3 |
0,000108 |
||||||||
3 |
Насадок |
1 |
0,000057 |
0,000060
|
16 |
0,0808 |
1 |
0,0808 |
|
2 |
0,000063 |
||||||||
3 |
0,000059 |
||||||||
Продолжение таблицы 1.2 |
|||||||||
№ опыта |
СФУ |
№ изм. |
|||||||
4 |
Отверстие |
1 |
0,000042 |
0,000043
|
0,69 |
12,8 |
0,0584 |
0,64 |
0,0913 |
2 |
0,000043 |
||||||||
3 |
0,000044 |
Пример расчетов:
Объем воды в мерном баке вычислим по формуле (6)
Расход воды при 1-ом замере вычислим по формуле (7)
Средний расход воды вычислим по выражению (8)
Коэффициент расхода найдем из соотношения (9) для насадка и отверстия с острой кромкой
Коэффициент сжатия струи при истечении из насадка и отверстия с острой кромкой найдем из выражения (10)
Коэффициент скорости для насадка и отверстия с острой кромкой найдем по выражению (11)
Задание к самостоятельной работе:
На основании полученных значений коэффициентов и проанализировать, какое из исследованных СФУ целесообразнее использовать, когда от струи требуется большая дальнобойность.
Рассмотрим механизм процесса истечения жидкости из цилиндрического насадка и отверстия с острой кромкой, смотри рисунок 4.
Рисунок 4 – механизм истечения воды из насадка и отверстия.
Траектория движения струи соответствует траектории движения тела, брошенного горизонтально с высоты . Такое движение состоит из двух частей: по вертикали тело движется равноускоренно, по горизонтали – равномерно. Нас интересует горизонтальная составляющая истечения струи. Дальнобойность струи в общем случае будет вычисляться по выражению
(12)
Для заданного случая для каждого из насадков:
Таким образом, необходимо найти и , используя имеющиеся данные.
Найдем по формуле (1)
По формуле (2) найдем реальную скорость истечения для каждого вида СФУ
Найдем дальнобойность для каждого СФУ
Проанализировав все данные можно сделать вывод о том, что при одинаковых диаметрах отверстий отверстие с острой кромкой обладает большей дальнобойностью, чем цилиндрический насадок, так как коэффициент скорости, а значит и сама реальная скорость истечения, от которой прямо пропорционально зависит дальнобойность струи, для отверстия больше чем для насадка.
Вывод
В ходе лабораторной работы мы познакомились с основными видами струеформирующих устройств, научились рассчитывать их основные параметры, а именно значения коэффициентов расхода, сжатия и скорости струи. Сравнивая полученные коэффициенты пришли к выводу, что отверстие с острой кромкой обладает большей дальнобойностью чем цилиндрический насадок.