- •Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика»
- •К 24 Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика». /сост. Карманчиков а.И., Ижевск: Изд. «Удмуртский университет», 2011. 75 с.
- •Содержание
- •Введение
- •Правила выполнения лабораторных работ
- •Методические указания к лабораторной работе № 1 (гд-1) изучение действия основного закона гидростатистики
- •1.2. Описание лабораторных установок и указания по проведению измерений гидростатического давления.
- •1.2.1 Описание установки гд-1
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания к лабораторной работе № 2 (гд-3) Исследование уравнения Бернулли для несжимаемых жидкостей
- •Задание на выполнение работы
- •Общие сведения
- •Описание лабораторной установки и указания по проведению исследований.
- •1.3.3. Указания к обработке результатов измерений и выполнению расчетов.
- •Контрольные вопросы
- •Протокол опытного исследования уравнения Бернулли
- •Методические указания к лабораторной работе № 3 (гд-4) «Исследование смены режимов течения жидкости»
- •3.1. Задание на выполнение работы
- •3.2 Общие сведения и краткая историческая справка.
- •2.3.2. Порядок выполнения опытов
- •2.3.3. Указания и обработка результатов измерений к выполнению расчётов.
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Методические указания к лабораторной работе № 4 (гд-5) Определение потерь напора в местных гидравлических сопротивлениях при течении жидкости в гидросхемах.
- •4.1. Основные расчётные зависимости.
- •4.1.1. Внезапное расширение потока.
- •4.1.2. Внезапное сужение потока.
- •4.1.3. Поворот русла.
- •4.2. Описание лабораторной установки.
- •Методические указания к лабораторной работе № 5
- •1. Лабораторная работа по определению коэффициента местного сопротивления в коленах (внезапных поворотах)
- •2. Лабораторная работа по определению коэффициента местного сопротивления для внезапного расширения потока.
- •Контрольные вопросы.
- •Методические указания к лабораторной работе № 5 (гд-7) «истечение жидкости через отверстия и насадки»
- •3.1. Основные сведения.
- •3.1.1. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке.
- •3.1.2. Истечение жидкости через большие отверстия.
- •3.1.3. Истечение жидкости через насадки
- •3.1.4. Истечение при переменном напоре.
- •3.1.5. Форма и траектория струи, инверсия.
- •3.2. Описание лабораторной установки и указания по проведению экспериментальных исследований истечения жидкости через отверстия и насадки.
- •3.2.1. Описание установки.
- •3.2.2. Указания к проведению работы по исследованию истечения воды через отверстия и насадки.
- •3.2.3. Обработка результатов измерений.
- •3.3. Контрольные вопросы и задания.
- •426034, Ижевск, Университетская, 1, корп. 4.
3.1.4. Истечение при переменном напоре.
В общем случае истечения жидкости из сосуда произвольной формы при наличии потока (рис. 3,4) уравнение баласса имеет вид:
Fdy=qdt-Qdt (3.14)
или
dt= (3.15)
где q – расход притока; f(y) – площадь сечения сосуда; Q – расход истечения; dy – изменение уровня жидкости в сосуде за время dt.
Если площадь отверстия S, а q=const, то напор, при котором расход истечения будет равен постоянному расходу притока, то есть q=Q,
Н=, (3,16)
Если в какой-либо момент времени фактический напор в сосуде y, то при y<Н расход истечения Q<q и уровень жидкости в сосуде будет повышаться до тех пор, пока не станет равным. y>Н – расход Q>q и уровень жидкости в сосуде будет понижаться до тех пор, пока не станет равным Н.
Рис. 3.4. Истечение жидкости из сосуда при переменном напоре.
Расход Q(t) при переменном напоре определяется по формуле:
Q(t)=µS, (3,17)
а при наличии постоянного притока общее время истечения жидкости при опорожнении сосуда с уровня y1 до уровня y2 равно:
T= (3,18)
При расчётах истечения маловязких жидкостей можно принять µ=const, хотя в общем случае, с изменением напора µ=f(y). При µ=const из (3,18) имеем:
T= (3.19)
В частном случае при опорожнении цилиндрического или призматического вертикальных сосудов при q=const и F=const время изменения уровня жидкости с уровня y1 до y2
T= (3.20)
Если приток отсутствует, то есть q=0 и Н=0, то время полного опорожнения таких сосудов (y2=0)
T= (3.21)
При опорожнении круглой цистерны длиной L и диаметром D=2r (рис. 3,5) через отверстия в дне цистерны при атмосферном давлении вне и внутри цистерны определяется по формуле:
T= (3.22)
причем,
F=2L (3,23)
в полном опорожнение цистерны (y1=D, y2=0) происходит на время:
T= (3.24)
3.1.5. Форма и траектория струи, инверсия.
Форма отверстия существенно сказывается на истечение и в ряде случаев изменяет поперечное сечение выталкивающей струи (рис. 3,6). Это явление называется инверсией и объясняется различными условиями сжатия струи по периметру отверстия (увелечение сопротивления в углах), различным напором в разных точках сечения вытекающей струи, различными по периметру силами поверхностного натяжения и трением струи о воздух.
Например, при истечении из треугольного отверстия сечение струи сначала деформируется в шестиугольник, а затем принимает форму трёхконечной звезды. В струе, вытекающей из круглого отверстия, силы поверхностного натяжения и сжатие струи по периметру практически одинаковы вследствие осевой симметрии струи, поэтому форма сечения круглой струи деформируется по длине незначительно.
Траектория струи, вытекающей из отверстия в боковой вертикальной стенке в окружающее пространство, то есть координаты осевой линии струи определяются соотношением:
y= (3.25)
где x – дальность падения струи (бой); y – высота падения струи; ν – скорость истечения.
Если струя вытекает из насадка с начальной скоростью ν под углом θ к горизонту, то уравнение траектории принимает вид:
y=x*tgθ- (3.26)
Отсюда теоретическая дальность полёта (боя) струи:
LT= (3.27)
а теоретическая максимальная дальность боя имеет место при θ=45 и равна:
LTmax= (3.28)
Свободная направленная вертикально вверх струя, вытекающая из насадка со скоростью ν, теоретически поднимается на высоту:
hT= (3.29)
В реальных условиях на дальность боя и высоту подъёма влияет сопротивление воздуха, ветер, колебания струи и её дробление, распыление на капли. Формула (3,28) даёт хорошее совпадение с опытом лишь до Н=3,5-7 м. При напоре 10 м наибольшая дальность боя достигается при θ=35-40, а при напоре Н=35м – при θ=30 - 34.
Рис. 3,6. Инверсия при истечении из квадратного (а), круглого (б) и треугольного (в) отверстий в различных сочетаниях струи (г).