Методичка по гидравлике

ε=	ωС ,	(34)
	ω

где ωс – площадь струи в сжатом сечении, м2

Для отыскания скорости жидкости в сечении С-С применим уравнение Бернулли и получим:

υС = ϕo

2gH

,

(35)

где φо – коэффициент скорости, который зависит от коэффициента местного сопротивления и определяется по формуле:

	1
ϕо =	α +ζ .	(36)

Так как режим движения жидкости в рассматриваемом живом сечении (С-С) турбулентный, то можно считать α ≈ 1. Тогда формула будет иметь вид:

ϕо =	1	1	,	(37)
		+ζ

где ζ- коэффициент местного сопротивления.

Расход жидкости из отверстия можно определить по следующему выражению:

Q = µoω

2gH

,

(38)

где µо – коэффициент расхода, который определяется так:

µо =φоε,

(39)

Рисунок 12

Коэффициент скорости φо можно определить, имея уравнение

траектории струи
y = gx2	,	(40)
2υc2

где х и у – координаты точек траектории струи, м.

Если решить совместно уравнения (35) и (40), то можно, имея координаты хотя бы одной точки траектории струи, определять значения φо по формуле:

ϕо =	х .	(41)
2	уН

Насадком называется короткий патрубок присоединенный к отверстию. При расчете насадка учитываются только местные потери напора. В настоящей работе мы рассматриваем только насадок Вентури, схема которого приведена на рисунке 13.

Основные расчетные формулы для насадков и отверстий практически одинаковы:

υb =ϕH	2gH	(42)
Q = µH ω	2gH ,	(43)

где υB – средняя скорость жидкости в выходном сечении В-В, м/с; φн – коэффициент скорости ;

Q - расход жидкости через насадок, м3/с;

µн - коэффициент расхода, равный φн , так как коэффициент сжатия для сечения В-В в насадке равен единице; ω - площадь выходного сечения В-В, м2.

Для того, чтобы короткий патрубок работал как насадок, необходимо выполнение двух условий:

1-ое условие.

Длина патрубка должна быть ограниченна пределами

(3,5÷4,0)d≤lH≤(6÷7)d.

Если не выполняется левая часть этого условия, то получаем случай истечения из отверстия, если правая, то мы должны при расчете учитывать не только местные потери, но и потери напора по длине.

2-ое условие.

В сжатом сечении С-С образуется вакуум. Для нашего случая величина его должна удовлетворять условию:

(hвак.)макс≤( hвак.)доп. ,

где ( hвак.)доп – допустимая величина вакуума в насадке, м.

Значение ( hвак.)доп для воды равно примерно 8 м. вод.ст. Для насадка Вентури при истечении в атмосферу

(hвак.)макс = (0,75÷0,80)Н.

Рисунок 13

7.2 Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис.14) состоит из напорного бака 2 с насадком 3 и отверстием 4, которые закрываются пробками. Вода, вытекающая из бака попадает в горизонтальный лоток 5 прямоугольного сечения. В конце лотка расположен треугольный водослив 6, который служит для измерения расхода жидкости.

Для наполнения бака 2 водой служит труба с вентилем 1.

7.3 Задачи работы

7.3.1 Проведение ряда опытов с целью определения коэффициентов местного сопротивления, сжатия, скорости и расхода для случая истечения жидкости в атмосферу из малого круглого отверстия и насадка Вентури при больших числах Рейнольдса.

Рисунок 14

7.3.2 Определение расхода жидкости с помощью водослива

7.4 Порядок проведения опытов

Перед началом опытов записывают исходные данные в раздел 1 отчета. Открывают пробку отверстия 4 и одновременно вентиль 1.

В течение опыта напор в баке 2 должен быть постоянным.

Во время опыта замеряют и записывают в таблицу 12 следующие величины:

а) координаты xo и yo точки встречи струи со свободной поверхностью жидкости в лотке; б) геометрический напор Н в баке 2;

в) напор h по водосливу (рисунок 14); г) температуру воды.

Закрывают отверстие 4 пробкой и проводят опыт с насадком Вентури, замеряя геометрический напор Н и напор по водосливу. Таким образом, в работе проводят всего два опыта.

7.5 Обработка экспериментальных данных

При обработке данных, записанных в таблицу 12 отчета заполняют таблицу 13 этого отчета, для чего вычисляют следующие величины для случая истечения из отверстия:

а) действительный расход

Q d= 1.4h2.5,

(44)

где h – напор по водосливу в м;

б) теоретический расход

QT =ω 2gH ,

(45)

в) коэффициент расхода

µo =	Qa	;	(46)
	Q
	T

г) коэффициент скорости φо по формуле (41); д) коэффициент сжатия по формуле

	ε =	µо		;	(47)
		ϕ	о

е) коэффициент местного сопротивления по формуле, которая получена из выражения (37)

	ζ =	1	−1;	(48)
		ϕ2
		о

ж) кинематический коэффициент вязкости по формуле (14) или по графику зависимости ν=f(t) ;

з) число Рейнольдса по формуле (10), где υ = Qω∂ .

Для случая истечения жидкости из насадка определяем следующие величины:

а) действительный расход по формуле (44); б) теоретический расход по формуле (45); в) коэффициенты расхода и скорости

µН =ϕн =	Q∂	;	(49)
	Q
	T

г) число Рейнольдса по формуле (10).

7.6 Форма отчета
Исходные данные:
Круглое отверстие
диаметр отверстия do =				м;
Насадок Вентури
диаметр насадка dн =				м;
длина насадка lн =				м.
При проведении опытов в качестве жидкости используем воду.
Таблица 12 - Величины, измеренные при проведении опытов
	Координаты				Геометрич	Напор по		Температура
					еский	водосливу,		воды,
	xo		Yo
					напор, Н	h		t
	м		м		м	м		оС
Круглое
отверстие
Насадок Вентури

Таблица

13

-

Величины,

вычисленные

на

основании

экспериментальных данных

Q ∂

Q т

µн

φн

ε

ζ

ν

υ

Red

м3/с

м3/с

-

-

-

-

м2/с

м/с

-

Круглое

отверстие

Насадок Вентури

7.7Контрольные вопросы

1.Цель работы.

2.Какие силы заставляют сжиматься струю при истечении жидкости из отверстия?

3. Какими коэффициентами характеризуется истечение жидкости из отверстий и насадков?

4.От чего зависят и что характеризуют коэффициенты сжатия, скорости, расхода и местного сопротивления?

5.Сравните случаи истечения жидкости из отверстия и насадка Вентури?

6.Какие условия должны выполнятся, чтобы отверстие считалось “малым”?

7.Какие условия должны выполнятся, чтобы короткий патрубок работал как насадок?

8.Как определялся расход в данной работе?

7.8Литература, рекомендуемая для выполнения работы

1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравличе ские приводы. – М.: Машиностроение, 1982, С. 122-126, 129-134.

2.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины.: – Харьков: Изд.

ХГУ, 1970, С. 194-206.

3.Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергия, 1971, С. 298-311.

4.Штеренлихт Д.В. Гидравлика. – М .: Энергоатомиздат, 1991, С. 212-235.

8 Лабораторная работа № 7

Снятие рабочих характеристик центробежного насоса

8.1 Основные положения и расчетные зависимости

Лопастные насосы представлены в современной промышленности тремя основными типами – центробежными, осевыми и диагональными насосами. Широкое распространение их объясняется достаточно высоким коэффициентом полезного действия, компактностью и удобством комбинирования их с приводными двигателями.

Из всех перечисленных типов насосов наиболее широко распространены различные центробежные насосы.

В настоящей работе рассматриваются устройство и работа центробежного насоса 2К-6, схема которого приведена на рисунке 15.

Основными частями насоса являются: рабочее колесо 1 с изогнутыми лопастями 2 и неподвижный корпус 4 спиральной формы. Рабочее колесо консольно посажено на вал 5. Корпус насоса имеет всасывающий патрубок (подвод) 3 и напорный патрубок 6.

При вращении рабочего колеса жидкость, залитая в насос перед его пуском, увлекается лопатками и под действием центробежных сил движется от центра колеса к его периферии по межлопастным каналам и подается через корпус 4 в нагнетательный патрубок 6. Поэтому на входе в колесо создается разрежение, под действием которого жидкость подсасывается во всасывающий патрубок 3

Для того, чтобы иметь представление о работе насоса и иметь возможность произвести подбор насоса для конкретных условий, используют рабочие и универсальные характеристики.

Рисунок 15

В данной работе мы будем рассматривать только рабочие характеристики, которые представляют собой зависимость напора, создаваемого насосом, мощности на валу насоса и полного к.п.д. от подачи (производительности) насоса. Все эти зависимости даны в виде кривых на одном графике при постоянном числе оборотов рабочего колеса.

Подачей насоса Q называется объем жидкости, подаваемый насосом в напорный патрубок в единицу времени.

Энергия, сообщаемая насосом единице веса перемещаемой жидкости. называется напором H. Напор насоса равен разности полного напора за насосом и напора перед ним и выражается в метрах столба перемещаемой жидкости.

Общий вид формулы выглядит так:

Η = (hΒ + Zн +	рн	+		υH	2	) −(hΒ + ΖΒ +	рΒ	+	υ2 Β ),	(50)
	γ			2q			γ
									2q

где hВ - высота всасывания (расстояние от плоскости сравнения О-О до оси насоса), м, (рисунок 16);

ZH – расстояние от оси насоса до свободной поверхности жидкости в трубке манометра 4, м;

рн- гидродинамическое давление в сечении 2-2 напорного трубопровода, Н/м2;

υн- скорость жидкости в напорном трубопроводе, м/с; Zв – расстояние от оси насоса до свободной поверхности жидкости в трубке вакуумметра V, м;

рв – гидродинамическое давление в сечении 1-1 всасывающего трубопровода, Н/м2;

υв – скорость жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с.

После некоторых преобразований получаем следующую формулу для расчета:

	υ	Η	2 −υ2	,	(51)
Η = ΗΗ ± ΗΒ ± ∆Ζ +			в
			2q

где НН – показание прибора (манометра), установленного на напорной ветви, выраженное в метрах столба перемещаемой жидкости; НВ - показание прибора (манометра или вакуумметра), установленного на всасывающей ветви, выраженное в метрах столба перемещаемой жидкости; ∆Ζ – отметка или расстояние по вертикали между уровнями свободных

поверхностей в трубах приборов, установленных на напорной и всасывающей ветвях (обычно это расстояние между точкой присоединения вакуумметра и центром манометра), м.

В уравнении (51) перед величиной НВ берется знак плюс, если перед входом в насос давление ниже атмосферного, знак минус, если давление выше атмосферного. Перед величиной ∆Ζ берется знак плюс, если уровень свободной поверхности жидкости в трубке прибора, установленного на напорной ветви, выше того же уровня в трубке прибора, установленного на всасывающей ветви; знак минус, если первый уровень ниже второго.

hн

Рисунок 16

Полезная мощность насоса или энергия, передаваемая насосом жидкости за единицу времени равна

Νп=γQ H

(52)