Практическое задание для допуска к виртуальным лабораторным работам уравнение д. Бернулли
 Скачать 2.26 Mb.
|
Лабораторная работа 3 «Определение динамических коэффициентов для оценки расхода жидкости»Тема. Гидродинамика трубопроводов: определение гидродинамических параметров потока движущейся жидкости при прохождении через измерительные приборы, представляющие местные сопротивления. Опыт 1. Диафрагма Определение расхода производят не только объёмным методом, который в производственных условиях практически не применяют, но и с помощью различных расходомерных приборов. В промышленности наиболее распространены мерная шайба, или диафрагма, и водомер Вентури. Диафрагма (рис. 3.1) представляет собой пластинку, имеющую большое центральное отверстие. Эта пластинка ставится в трубопровод нормально к направлению движения воды и укрепляется с помощью фланцев. Жидкость, протекая через отверстие диафрагмы, приобретает скорость движения бо́льшую, чем до этого отверстия. Следствием изменения скорости движения является падение давления, строго соответствующее изменению скорости. Таким образом, измеряя с помощью жидкостного дифференциального манометра изменение давления в жидкости и зная диаметры отверстия диафрагмы и трубопровода, можно определить расход.  Рисунок 3.1 – Схема устройства диафрагмы Поток жидкости, проходя через сечение диафрагмы, сжимается так, что площадь сечения струи S становится меньше площади отверстия диафрагмы Scr. В дальнейшем поток занимает всё сечение трубопровода. Применяя уравнение Бернулли к сечениям 1 и 2, получим:  )где p1 и р2 – давление, соответственно, в сечениях 1 и 2;  и  – средняя скорость движения в сечениях 1 и 2;  – коэффициент потерь диафрагмы;  и  коэффициент кинетической энергии в сечениях 1 и 2. Коэффициент кинетической энергии учитывает неравномерность распределения истинных скоростей в этих сечениях и представляет собой отношение действительной кинетической энергии потока к кинетической энергии, вычисленной по средней скорости. Имея в виду, что  , а также заменяя скорости  получим: где  и  – соответственно, площади живых сечений 1 и 2, м2;  – площадь отверстия диафрагмы, м2;  – коэффициент сжатия.Обозначая  где  – коэффициент дроссельного прибора, получим Таким образом, для определения расхода в промышленных условиях с помощью диафрагмы нужно знать значение коэффициента дроссельного прибора и показание жидкостного дифференциального манометра, выраженное высотой водяного столба. Опыт 2. Водомер Вентури Водомер Вентури (рис. 3.2), или, как его еще называют, двухконусный водомер, представляет собой сужающийся прибор, но сужение потока в нем осуществляется плавно, без создания застойных вихревых зон, как это имеет место в диафрагме. Отсутствие застойных зон позволяет резко снизить гидравлические сопротивления при прохождении жидкости через данный прибор, что дает возможность использовать водомер для измерения очень больших расходов жидкости.  Рисунок 3.2 – Схема устройства водомера Вентури Применяя уравнение Бернулли для идеальной жидкости относительно сечений 1 и 2, получим:  .Разность давлений, фиксируемая дифференциальным манометром, представляет собой разность кинетических энергий в этих сечениях:  .Выражая скорость по уравнению сплошности через , получим: где  Определим скорость в сечении 1–1:  .По скорости находим теоретический расход потока:Qt = S1. (3.3)При движении вязкой жидкости расход будет меньше и может быть определен по формуле действительного расхода:  )где  – коэффициент расхода водомера – величина, показывающая, во сколько раз действительный расход меньше теоретического.В данной работе требуется определить значение коэффициента расхода: = . (3.5)Для этого необходимо определить с помощью объёмного счетчика расхода действительный расход:  =  и теоретический расход по уравнению (3.3). Отношение площадей:  Цель работы: 1. Определить коэффициент дроссельного прибора диафрагмы и коэффициент расхода водомера Вентури. 2. Построить тарировочные графики обоих приборов, т. е. зависимости: Qд = f(  Нд) и Qв = f( Нв).Проведение работы Регулирующим вентилем устанавливают расход жидкости через приборы. Записывают показания соответствующих данному прибору пьезометров и определяют расход жидкости. Данные заносят в табл. 3.1. Далее изменяют расход жидкости с помощью того же вентиля и повторяют все измерения. Количество опытов должно быть не менее 8–10. Все расчетные данные заносят в табл. 3.2. Тарировочные графики строят в масштабе на миллиметровой бумаге. Такие графики значительно упрощают контроль за расходом жидкости при использовании диафрагмы и водомера в технологическом процессе, так как исключают необходимость проведения расчетов. Таблица 3.1
Таблица 3.2
Порядок выполнения виртуальной лабораторной работы Кнопкой «Пуск воды» включите процесс заполнения водой напорного бака, горизонтальной трубы, диафрагмы, водомера Вентури, дифференциальных манометров и счетчика. Только после наполнения бака до верхнего уровня переливной воронки следует приступать к открыванию главного вентиля. Управлять вентилем можно как непосредственно левой кнопкой мыши, помещая курсор в треугольную зону указателя шкалы вентиля и перемещая его одновременно с нажатием на левую кнопку мыши, так и клавишами кейборда со стрелками «влево» и «вправо». Управляя степенью открытия вентиля, вы сможете увеличивать и уменьшать скорость протекания воды через диафрагму и водомер Вентури, соответственно, будет изменяться скорость вращения счетчика расхода воды. Так как при малой степени открытия вентиля преобладает ламинарный режим движения жидкости, работу рекомендуется начинать выполнять при полностью открытом вентиле, то есть при максимальном расходе воды. При этом потери в диафрагме и водомере Вентури также будут максимальны. Однако по показаниям дифференциальных манометров легко понять, что потери на участке диафрагмы существенно выше, чем в водомере Вентури. Величину показаний дифференциальных манометров снимайте по соответствующим шкалам, перемещая левой кнопкой мыши нужную измерительную линию и совмещая её с верхними уровнями жидкости в левой р2/рд и правой Pi/pgr трубках. Счётчик подсчитывает количество протекшей воды. Цифра сине-зелёного цвета имеет размерность 0,1 литра. Например, цифра 8 сине-зелёного цвета будет означать, что протекло 0,8 литра. Группа красных цифр справа налево имеет, соответственно, размерности: 1, 10 и 100 литров. Таким образом, если показания счётчика состоят из трёх красных цифр, например, 264 и сине-зелёной – 8, значит, на данный момент общий расход воды составляет 264,8 литра. Для оценки расхода жидкости необходимо воспользоваться виртуальным секундомером, включённым в состав лабораторной работы. Обычно им замеряют время, за которое протекает десять литров воды. При этом пользоваться любым другим секундомером запрещается, ибо скорость воспроизведения ролика напрямую зависит от быстродействия конкретного компьютера и может весьма отличаться от реальной. Для обнуления секундомера достаточно навести указатель мыши на его цифровые данные и кликнуть левой кнопкой. Кроме того, секундомером можно управлять при помощи соответствующих клавиш кейборда в английской раскладке клавиатуры «Еn»: пуск – клавиша «р», стоп – «s», обнулить – «0». Последовательно прикрывая вентиль, проведите 8–10 замеров ΔНд дифференциального манометра и соответствующего ему объёма V протекающей воды за время t в опыте с диафрагмой и занесите полученные данные в табл. 3.1. Затем повторите те же измерения для водомера Вентури. Причём учтите, что показания дифференциального манометра и скорость протекания воды для диафрагмы необходимо измерять в диапазоне от 0,7 до 0,2 степени открытия вентиля (ориентируйтесь по шкале вентиля), а показания дифференциального манометра и соответствующая им скорость протекания воды для водомера Вентури необходимо измерять в диапазоне от 1,0 до 0,4 степени открытия вентиля. Далее переходите к вычислениям, заполните соответствующие ячейки табл. 3.2 и постройте необходимые тарировочные графики. Отчет о выполнении лабораторной работы: цель работы; схема лабораторного стенда (схема измерительных устройств); принятые формулы для расчета параметров; таблица результатов проведенного лабораторного эксперимента и расчетов; общие выводы по работе. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
м3/с
, м3/с