bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

П р и м е ч а н и я : Диаметр отверстия или насадка d = Площадь сечения отверстия или насадка со =

Площадь поперечного сечения напорного бака D. = Вес мерного бачка без воды G =

Напор Я=

8.Для наблюдения инверсии струи и истечения из различных насадков в напорном баке последовательно установить съемные диски

сотверстиями различного очертания и насадками различных типов.

9.Закрыть задвижку 2 и выключить насос, при этом начинается истечение жидкости из бака при переменном напоре.

10.При начальном напоре Нх, определяемом по пьезометру 4, включить секундомер. После падения напора на 15...20 см зафиксировать конечный напор Hj и выключить секундомер. Время, показанное секундомером, есть опытное время истечения из призматического бака объема воды V-Q{Hi - ЯЗ) - В той же последовательности провести еще два опыта при понижающемся уровне воды в баке. Экспериментальные данные занести в табл. 9.3.

Обработка опытных данных

1. По средним значениям расхода Q, координат х и у, пользуясь формулами (9.4), (9.8), (9.9) и (9.10), подсчитать коэффициенты расхода, скорости, сжатия и сопротивления для малого отверстия и для насадка Вентури; для последнего определить также отношение К ж ! ^ - Полученные значения записьшаются в табл. 9.2 и сопос- тавляются со справочными данными.

2. Для трех опытов по замеренным напорам Н\ и Яг и формуле (9.11) вычислить теоретическое время истечения ty и определить процентное расхождение между ton и tj по выражению

'оп - 1 • 1 0 0 % .

Начальный напор Hi, см Конечный напор Н^ ОЙ Опьгаюе время истечения «on> С

_ Теоретическое время истечения с Расхождение, %

ную трубку I небольшого диаметра (рис. 10.1), нижний конец которой конусно сужен, отогнут под прямым углом против течения; превышение уровня жидкости в трубке I над уровнем жидкости в трубке II, представляющей собой обычный пьезометр, дает величину, примерно равную скоростному напору Я, т. е.

Рис. 10.1

Таким образом, зафиксировав значение Н, можно подсчитать примерную величину осредненной местной продольной скорости:

Для учета влияния формы трубки и условий обтекания жидкостью ее отогнутого конца в выражение (10.1) вводится поправочный коэффициент ф, определяемый экспериментальным путем (тарировкой трубки) и приблизительно равный 1... 1,04. Тогда

(10.2)

В гидродинамических трубках Лосиевского, ЦАГИ, Прандтля, Ребока и др. сочетаются описанные выше трубки I и II. Дяя определения разности уровней в них или, что равносильно, разности давлений применяются подключенные к ним микроманометры.

Принципиальная схема трубки ЦАГИ представлена на рис. 10.2.

6

Рис. 10.2

Отогнутый конец трубки (мундштук) имеет обтекаемую форму и состоит из двух трубок различного диаметра, концентрично вставленных одна в другую. Внутренняя трубка соединяет торцевое отверстие 1 мундштука с трубкой 3; внешняя трубка 4 связывает боковые отверстия 2 в мундштуке с трубкой 5. Трубки 3 и 5 с помощью резиновых шлангов соединяются с микроманометрами 6. Микроманометры состоят из сообщающихся между собой стеклянных трубок, прикрепленных к зеркальному щитку, подвижного волосяного визира с лупами и шкалы с нониусом (на рисунке не показаны), что позволяет отсчитывать уровни в стеклянных трубках с точностью до 0,1 мм.

Обычно в открытых потоках осредненные местные продольные скорости по вертикали измеряются в пяти точках: на свободной поверхности, на глубинах 0,2А, 0,6h, 0,8/? от поверхности и у дна потока (рис. 10.3, а). По результатам точечного замера скоростей можно построить эпюру осредненных местных продольных скоростей (рис. 10.3, б) (например по 5 точкам).

Получить теоретическим путем эпюру скоростей в потоке удается при ламинарном движении в цилиндрической трубе. Здесь скорости распределяются по параболическому закону, что теоретически обосновывается законом о трении внутри жидкости.

При турбулентном течении в цилиндрической трубе в турбулентном ядре с развитой турбулентностью скорости изменяются по логарифмическому закону. Максимальная скорость Мтах находится в центре трубы, а местная скорость, по величине равная средней скорости, лежит в определенной области турбулентного потока в трубе, а именно - на расстоянии от ее верха:

где Го - радиус трубы.

Движение потоков в руслах рек и каналов обычно происходит при турбуленгном режиме. Однако система уравнений гидромеханики для турбулентного потока, основанная на законах сохранения массы и энергии, применяемая для описания полей скоростей, является незамкнутой. Для ее замыкания различные авторы используют частные зависимости, которые существенно отличаются друг от

Друга.

Это и предопределяет наличие различных видов расчетных формул для описания распределения местных скоростей по глубине потока.

При расчётах по этим формулам получают близкие результаты, за исключением придонной области, где наблюдаются некоторые расхождения.

Это вызвано тем, что вышеупомянутые частные зависимости получены авторами путем аппроксимации натурных эпюр распределения осредненных скоростей по глубине потока, а точность исходной натурной информации, особенно в придонной области, составляет более 5%.

где h - глубина потока; Л - шероховатость дна; у - расстояние от дна до расчетной точки.

В данной работе студентам предлагается трубкой ЦАГИ произвести измерение местных продольных скоростей в открытом потоке и по предложенным формулам выполнить расчет распределения скоростей по глубине потока, затем произвести анализ полученных результатов и сделать вывод о применимости формул того или иного вида.

Описание опытной установки

Осредненные местные продольные скорости измеряются в гидравлическом лотке с помощью гидродинамической трубки ЦАГИ.

Вода в гидравлический лоток 4 (рис. 10.4) поступает из успокоителя 3, куда она подается из напорного бака по питающей трубе 1 при открытой регулирующей задвижке 2. В напорный бак (см. рис. 4.2) вода из водооборотного бассейна подается насосом. Уровень в напорном баке благодаря наличию холостого слива поддерживается постоянным, что обеспечивает установившееся движение воды в лотке. Из гидравлического лотка (рис. 10.4) вода сбрасывается в металлический лоток 6, в котором установлен измерительный водослив 7 (описание его приведено в лабораторной работе № 4), и далее через сливную трубу 8 - в водооборотный бассейн. Для поддержания определенного уровня воды в гидравлическом лотке в конце его помещен затвор-жалюзи 5.

Рис. 10.4

На бортах гидравлического лотка устанавливается специальная подставка со штангой игольчатого уровнемера (описание его приведено в лабораторной работе № 2), в нижней части которой смонтирована гидродинамическая трубка, которая вместе со иггангой может перемещаться вверх и вниз, а также поперек и вдоль лотка.

Порядок выполнения работы

1. Произвести зарядку гидродинамической трубки, для чего ее мундштук необходимо погрузить в сосуд с неподвижной водой, который устанавливают на дно лотка (желательно, чтобы вода в сосуде была кипяченой во избежание образования внутри трубки воздушных пробок).

Зарядка осуществляется отсасыванием ручным насосом воздуха из трубок микроманометра до тех пор, пока не будет создано разрежение, достаточное для подъема воды в трубках приблизительно до середины шкалы. Зарядку можно считать законченной тогда, когда оба мениска в стеклянных трубках микроманометра окажутся на одной высоте. Последнее будет также свидетельствовать и о том, что из трубки ЦАГИ полностью удален воздух.

2. После включения насоса, подающего воду в напорный бак, открыть регулирующую задвижку 2 на подводящем трубопроводе 1, пустить воду в лоток и выждать некоторое время, пока движение в лотке примет установившийся характер.