- •Бийский технологический институт (филиал)
- •Лабораторный практикум по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1.
- •1.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •1.5 Описание установки
- •1.6 Методика проведения работы
- •1.7 Обработка опытных данных
- •1.8 Контрольные вопросы
- •1.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 2.
- •2.3 Теоретические сведения
- •2.3.1 Режимы движения реальной жидкости
- •2.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •2.5 Описание установки
- •2.6 Методика проведения опытов
- •2.7 Обработка опытных данных
- •2.8 Контрольные вопросы
- •2.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 3.
- •3.4 Описание установки
- •3.5 Методика проведения опытов
- •3.6 Обработка опытных данных
- •3.7 Контрольные вопросы
- •3.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 4.
- •4.4 Описание установки
- •4.5 Методика проведения опытов
- •5, 6, 7, 8 – Вентили; 9 – счетчик объема жидкости;
- •4.6 Обработка опытных данных
- •4.7 Контрольные вопросы
- •4.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 5. Истечение жидкости из резервуара через отверстия и насадки (4 часа)
- •5.1 Цель работы:
- •5.2 Подготовка к лабораторной работе:
- •5.3 Теоретические сведения
- •5.4 Описание установки
- •5.5 Методика проведения опытов
- •5.6 Обработка опытных данных
- •5.7 Контрольные вопросы
- •5.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 6.
- •6.4 Описание установки
- •6.5 Методика проведения опытов
- •6.6 Обработка опытных данных
- •6.7 Контрольные вопросы
- •6.8 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 7.
- •7.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •7.5 Описание установки
- •7.6 Методика проведения опытов
- •7.7 Обработка опытных данных
- •7.8 Контрольные вопросы
- •7.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 8.
- •8.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •8.5 Описание установки
- •8.6 Методика проведения опытов
- •8.7 Обработка опытных данных
- •8.8 Контрольные вопросы
- •8.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 9.
- •9.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •9.5 Описание установки
- •9.6 Методика проведения опытов
- •9.7 Обработка опытных данных
- •9.8 Контрольные вопросы
- •9.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 10.
- •10.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •10.6 Методика проведения опытов
- •10.7 Обработка опытных данных
- •10.8 Контрольные вопросы
- •10.9 Тестовые задания
- •Лабораторная работа № 11.
- •11.4 Оборудование, технические средства и инструменты
- •11.5 Описание установки
- •11.6 Методика проведения опытов
- •11.7 Обработка опытных данных
- •11.8 Контрольные вопросы
- •11.9 Тестовые задания
- •Литература
- •Лабораторный практикум по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
5.2 Подготовка к лабораторной работе:
– изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии;
– выучить определения основных понятий и терминов темы.
Основные термины и понятия:
– время полного опорожнения;
– время частичного опорожнения;
– объемный расход;
– переменный напор;
– постоянный напор;
– коэффициент расхода;
– коэффициент скорости.
5.3 Теоретические сведения
В инженерной практике иногда встречаются задачи, связанные с истечением жидкости через отверстия (рисунок 5.1а) или насадки (рисунок 5.1б) при постоянном или переменном напоре.
Рисунок 5.1 – Истечение жидкости через отверстие (а) и насадок (б)
Насадком называется короткая труба, присоединенная к отверстию каким-либо образом снаружи или изнутри резервуара. Насадки, присоединенные к отверстию в стенке резервуара снаружи называются внешними, а изнутри – внутренними. По форме внутреннего канала различают насадки цилиндрические, конические, диффузорные и др. В зависимости от соотношения диаметра отверстия и толщины S стенки резервуара различают отверстия в тонкой (S<0,2d) и толстой (S>3,5d) стенках. В зависимости от удаленности отверстия от боковых стенок и днища резервуара различают отверстия с совершенным и несовершенным, полным и неполным сжатием струи. Отверстие, удаленное от боковых стенок и днища резервуара на расстояние большее 3 диаметров, является отверстием с совершенным полным сжатием струи. По соотношению диаметра отверстия и напора различают малые и большие отверстия. Малыми называют отверстия, диаметр которых много меньше напора.
Истечение жидкости через круглое отверстие и насадок сопровождается сжатием струи. Сжатие струи заключается в уменьшении площади сечения струи (см. рисунок 5.1) на некотором расстоянии от отверстия. Причина сжатия струи – способность движущихся материальных точек жидкости сохранять направление и скорость своего движения после прохождения отверстия, т.е. свойство инерции. Степень сжатия струи характеризуется коэффициентом сжатия
,
где Sc, dc – площадь и диаметр сжатого сечения струи;
Sо, dо – площадь и диаметр отверстия.
Численные значения коэффициента сжатиядля различных случаев истечения определяются из опыта, в котором специальным устройством измеряется диаметр струи в сжатом сечении.
При истечении жидкости через некруглые отверстия наблюдается также изменение формы поперечного сечения струи (явление инверсии). Например, при истечении через треугольное отверстие сечение струи принимает форму треугольной звезды, а при истечении через квадратное отверстие – четырехугольной звезды. Причина инверсии струи – неуравновешенность сил поверхностного натяжения.
При истечении через отверстия или насадки потенциальная энергия жидкости, находящейся в резервуаре, превращается в кинетическую энергию струи. При этом имеют место потери механической энергии, величина которых характеризуется коэффициентом местных потерь. Вследствие потерь энергии действительный расходжидкости всегда меньше теоретического. Отношение действительного расхода к теоретическому называется коэффициентом расхода:
С другой стороны,
,
где φ коэффициент скорости, который находим из выражения
,
где α коэффициент Кориолиса для сжатого сечения струи.
Для случаев истечения маловязких жидкостей (вода, бензин и т.п.) через малые отверстия с острой кромкой при полном совершенном сжатии струи принимают с достаточной для практических целей точностью:
= 0,64; = 0,97; α=1; ξ = 0,065; = 0,62.
Задача об истечении жидкости через отверстия или насадки при постоянном напоре чаще всего сводится к определению расхода истекающей жидкости и скорости ее движения в сжатом сечении струи.
Объемный расход жидкости при установившемся истечении через отверстие или насадок из резервуара, открытого в атмосферу, определяется по формуле
, (5.1)
где H – высота столба жидкости над отверстием или насадкой (напор);
–ускорение свободного падения.
Для случаев истечения через насадок имеет место равенство μ=φ, так как на выходе из насадка сжатия струи нет, т.е. ε=1.
Внутри насадка в пределах участка, где струя сжата, образуется зона отрицательного избыточного давления – вакуум. Величина вакуума равна
,
где hВ ≈0,74 H – высота вакуума.
Решение задач, связанных с истечением жидкости через отверстия и насадки при переменном напоре, как правило, сводится к определению времени t полного или частичного опорожнения или наполнения резервуара:
(5.2)
где HH, HK – начальный и конечный напор, м;
Sp – площадь поперечного сечения резервуара при HH, м