4.4 Описание измерительных приборов и установки

Для определения скорости по измеренным давлениям воспользуемся уравнением Бернулли:

,

здесь – статическое давление в данной точке потока. Постоянная определяется из начальных условий: в сечении потока с давление равно некоторому значению р₀, называемому начальным полным давлением или давлением торможения.

В этом случае из уравнения Бернулли:

,

скорость будет равна:

Следовательно, для определения скорости необходимо измерить полное и статическое давление в данной точке потока и знать удельный вес жидкости.

Для измерения полного давления применяется трубка Пито (рис. 4.2), изогнутый конец которой помещен в поток так, что его нормальный срез проходит через мерную точку и ориентирован перпендикулярно скорости потока, другой конец открыт в атмосферу. Избыточное давление в точке торможения у среза трубки, которое является полным давлением потока в данной точке, поднимает в трубке Пито жидкость до высоты h, так что .

Обычно гидродинамическая трубка представляет собой комбинацию в одном приборе трубок полного и статического давления и соответственно измеряет полный гидродинамический напор и статическое давление.

Гидродинамические трубки применяются для измерение скоростей более 1 м/сек. При меньших скоростях измерение трубками Пито производить трудно, т. к. приходится измерять малые перепады давлений. В этих случаях обычно используют термоанемометры, действие которых основано на зависимости между электрическим сопротивлением и температурой проводников, помещенных в поток.

Опытная установка для изучения уравнения Бернулли представляет собой наклонно расположенную трубу переменного сечения 1 (рис. 4.3). В пяти сечения трубы поставлены пьезометры 2 и трубки Пито 3, установленные на щите. Вода поднимается в напорный бак 4, где поддерживается постоянный напор с помощью холостого слива 5. Расход воды регулируется кранами 7, 8. Уровни воды в баках 4, 6 определяются по водомерным стеклам 9, 10.

4.4 Задание для проведения работы

1. При закрытых кранах 7, 8 уровни во всех пьезометрах должны находиться на одной высоте. Если уровни разные, необходимо из пьезометра удалить воздух. Кранами 7, 8 установить небольшой расход воды и постоянный напор Н в баке 6. При этом должен беспрерывно работать слив, и уровни воды в водемерных стеклах 9, 10 остаются неизменными при данном режиме течения за все время проведения опыта.

2. Отсчитать расстояние от линии отсчета до центра тяжести сечения трубопровода, т. е. удельную потенциальную энергию положения z.

3. Снять показания уровней воды в пьезометрических трубках, удельную потенциальную энергию:

4. Отсчитывают уровни воды в трубках Пито, т. е. полную удельную энергию:

Рисунок 4.2 – Гидродинамическая трубка со сферическим и каноническим носком

Рисунок 4.3 – Схема установки

5. Направив поворотную трубку в мерный бак, фиксируют время наполнения t и его объем W.

6. Регистрируют уровни воды в водомерных стеклах.

При снятии показаний пьезометров следует иметь в виду, что уровни воды в пьезометрах и трубках Пито колеблются и иногда значительно. Это свидетельствует о наличии в трубопроводах турбулентного режима движения, при котором имеет место пульсация скоростей, а значит, и давления. Поэтому во избежание грубых ошибок при снятии показаний следует фиксировать среднее положение уровня воды в пьезометрической трубке и в трубке Пито одновременно.

Опыт повторяют 3 – 4 раза при различных расходах. Все измерения, сделанные в процессе опытов занести в соответствующие графы отчета по прилагаемой форме (табл. 4.1, 4.2).

Таблица 4.1

Исходные величины

№ сечения	1-1	2-2	3-3	4-4	5-5
Диаметр трубы	0,082	0,082	0,048	0,079	0,104
Площадь живого сечения потока, м^2
Горизонтальное расстояние от напорного резервуара, i, м	0,38	0,55	0,82	1,16	1,3
Вертикальное расстояние от линии отсчета до оси сечения

Таблица 4.2

Замеренные величины

№ опытов

Объем мерного W

Время наполнения t

Показания трубок Пито в сечениях

Показания пьезомет в сечениях

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

м^3

сек.

м

м

м

м

м

м

м

м

м

м