Urenkov_istzh

Рисунок 6. Зависимость коэффициентов истечения для круглых отверстий от числа Рейнольдса

3. Определение коэффициентов истечения через круглое отверстие по координатам струи

Знание координат точек струи, вытекающей из отверстия позволяет определить коэффициенты истечения опытным путём. На рисунке 7 представлена схема истечения с указанием основных параметров, необходимых для расчёта.

Рисунок 7. Схема истечения из отверстия с указанием основных параметров струи в точках А и В

Горизонтальную составляющую скорости для всех точек струи считаем неизменной. Её определяют по формуле

расстояние

x = t

За то же время этот объём в вертикальном направлении пройдёт расстояние y =

11

4. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рисунок 8) состоит из напорного бака с водомерной трубкой 1. Ниже напорного бака установлен приёмный бак 2, внутри которого на продольных направляющих 7 передвигается мерный бачок 3. Подача жидкости из приёмного бачка в напорный осуществляется насосом 4. Постоянный уровень жидкости в напорном баке поддерживается за счёт слива избытка её через телескопическую трубу 5.

12

Рисунок 8. Схема стенда для экспериментального определения коэффициентов истечения струи.

На передней стенке бака имеется бобышка с внутренней резьбой M20. В нерабочем состоянии отверстие закрыто заглушкой. При проведении опытов вместо заглушки вкручиваются штуцеры (насадки) с внутренними каналами, выполненными в виде либо цилиндрического отверстия, либо конического конфузорного или диффузорного. Один из набора штуцеров (насадков) выполнен с внутренним каналом, имитирующим отверстие в тонкой стенке. Эскизы штуцеров представлены на рисунке 9.

1 – заглушка; 2 – насадок с отверстием в тонкой стенке; 3 – насадок цилиндрический с dот = 5 мм.; 4 – насадок цилиндрический с dот = 10 мм.; 5 – насадок конический сходящийся (конфузор); 6 – насадок конический расходящийся (диффузор).

Рисунок 9- Насадки с разными формами отверстий для определения коэффициентов истечения струи

13

5.Порядок выполнения работы

1.Перед установкой насадка в гнездо необходимо понизить уровень воды в баке 1 до плоскости совпадающей с осью отверстия 6. Для этого используется вентиль 8.

2.Установив насадок в гнездо, поднимают уровень жидкости в баке 1, включив насос 4. Появление вытекающей жидкости из выходного отверстия переливной трубы 5, сливающейся в приёмный бак 2 будет служить сигналом для начала измерений.

3.Пододвинуть мерный бачок 3 под струю фиксируют абсциссу x. Координату y и Hот в процессе можно не измерять, т.к. они являются константами и их значение можно определить до начала опыта и использовать для всех насадков.

4.Зафиксировать x, закрывают отверстие в дне мерного бачка, совмещая это с началом отсчёта времени заполнения. Появление слива воды из мерного бачка будет концом отсчёта времени заполнения контрольного объёма.

5.Результаты измерений заносят в таблицу 2.

Таблица 2 – Опытные данные и результаты расчёта коэффициентов истечения через отверстия и насадки.

1.Отверстие в тонкой стенке

2.Насадок

цилиндрический с dот = 5 мм.

3.Насадок

цилиндрический с dот = 10 мм.

4.Конфузор

d1 = 8 мм., d2 = 5 мм.

5.Диффузор

d1 = 10 мм., d2 = 15 мм.

6.Процедуры измерения в соответствие с пунктами 1 – 5 повторяют с каждым из насадков таблицы 2.

7.Допускается мерный бачок заполнять не полностью но при этом необходимо фиксировать уровень воды в бачке (параметр hр в таблице 2).

8.После проведения экспериментов отверстие закрывается заглушкой, напорный бак 1 заполняется водой и при появлении воды из контрольного отверстия, сливается в приёмный бак 2, насос выключается.

6.Обработка экспериментальных данных

1.По данным таблицы 2 рассчитывается коэффициент скорости φ

φ= .

от

2. Определяется расход воды через насадок

14

Q = мб, лс .

3.Определяется коэффициент расхода µ

µ= .

от от

4. Определяется коэффициент сжатия струи для отверстия в тонкой стенке

= µφ

Для насадков φ = µ и = 1.

5.Определяется коэффициент потерь ζ

ζ= φ - 1

6.Для цилиндрических насадков и отверстия в тонкой стенке подсчитываются числа

Рейнольдса

Re = от ,

сопоставляются между собой и с результатами приводимых на рисунке 6.

Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.

7. Контрольные вопросы для проверки усвоения материала по теме «Истечение через отверстия и насадки»

1.Критерии оценки размеров отверстия.

2.Чем отличаются отверстия в «тонкой» стенке от отверстий в «толстой» стенке?

3.Что называют насадком?

4.Виды насадков, особенности геометрической формы каналов.

5.Формула для определения скорости в сжатом сечении струи.

6.Физический смысл коэффициентов скорости.

7.Формула для определения расхода при истечении жидкости через малые отверстия.

8.Физический смысл коэффициентов расхода.

9. От чего зависят коэффициенты истечения , φ , µ, ζ ?

10.По каким формулам определяется скорость и расход при истечении жидкости через насадки?

11.Особенности истечения жидкости через большинство насадков.

12.В каких пределах может быть длина насадков?

13.Какие два режима могут иметь место при истечении жидкости через цилиндрические насадки?

14.По какой формуле определяется критический напор при истечении жидкости через цилиндрические насадки?

15.В чём отличие внешнего насадка от внутреннего?

Дать схему течения через них.

16.По какой формуле определяется коэффициент скорости в данный лабораторной работе?

17.По какой формуле определяют коэффициент расхода в данной лабораторной работе?

18.Как определяется коэффициент сопротивления отверстия? Что является источником сопротивления отверстия в тонкой стенке?

19.Что является источником сопротивления в насадке? Пояснить схемой течения жидкости в насадке.

15