|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Теоретические основы работыЛабораторная работа №5 ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ 0ТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ
Цель работы: экспериментальное определение коэффициентов скорости при истечении воды через отверстия и насадки.
Теоретические основы работы. Рассмотрим случай вытекания жидкости в атмосферу через круглое отверстие площадью ω из емкости, заполненной этой жидкостью, и также сообщенной с атмосферой (рис. 1). При подходе жидкости к отверстию ее частицы движутся по криволинейным траекториям. Так как частицы жидкости обладают инерцией, то при выходе из отверстия струя сжимается на расстоянии от стенки сосуда L0 =dотв/2 площадь сеченая струи достигает своего минимального значения ωстр (сечение С-С). Рис.1. Схема истечения жидкости через отверстие в тонкой стенке.
Отношение ε = ωстр / ω (1)
называется коэффициентом сжатия струи. Для круглого отверстия ε = 0,64. Если горизонтальная ось Х проходит через центр тяжести отверстия, тогда уравнение Бернулли, записанное для сечения 0-0 и сжатого сечения С-С, будет иметь вид: H + (VO2/2g) = (VC2/2g) + hМ (2) где: VO - скорость жидкости в сосуде в м/с; hМ - потеря напора при вытекании жидкости через отверстие в м; VC - средняя скорость жидкости в сечении С-С в м/с. Потеря напора hМ относится к числу местных потерь и определяется по формуле: hМ = ξ(VC2/2g) (3)
где ξ - коэффициент местного сопротивления.
Пренебрегая величиной (VO2/2g) ввиду её малости по сравнению с величиной Н, получаем H = (VC2/2g)(1 + ξ) (4) Откуда VC=(1 + ξ)-0,5(2gH)0,5 (5) Коэффициент φ =(1 + ξ)-0,5 (6) называется коэффициентом скорости. По опытным данным значение коэффициента скорости для круглого отверстия в стенке сосуда φ = 0,97. Расход жидкости, вытекающей из отверстия, может быть определён, как Qcтр= VC ωстр (7) Учитывая, что ωстр = ω ε, находим Qcтр= εφω(2gH)0,5 (8) Величина μ=εφ (9) называется коэффициентом расхода. Для круглого отверстия μ=0,64 . 0,97=0,62. Обозначим толщину стенки сосуда через L(см. риc.1), а диаметр отверстия через d. Если (L/d)<3, то стенку рассматривают как тонкую, а отверстие называют отверстием в тонкой стенке. При вытекании жидкости через такое отверстие потери напора являются местными. Если (L/d)> 3, то такое отверстие рассматривается уже как короткая трубка, вставленная в отверстие. Короткие трубки называются насадками. Они могут герметически присоединяться к кромкам отверстия в тонкой стенке и иметь различные формы. При гидравлическом расчете такой короткой трубки можно В инженерной практике используют разнообразные насадки. Например, конические сходящиеся насадки применяют в том случае, когда нужно получить компактную струю, обладающую кинетической энергией в бьющую на большое расстояние. Такие насадки используют в пожарных брандспойтах, в гидромониторах для размыва грунта, в соплах активных гидравлических турбин, Конические расходящиеся насадки приводят к торможению и распылению струи. Они используются для замедления течения жидкости в отсасывающихтрубах гидравлических турбин, при вводе жидкости из трубопровода в резервуар, для предупреждения удара струи о стенку, для распыла топлива в двигателях внутреннего сгорания и т.д. При течении жидкости через насадок любой формы, кроме конусоидального, внутри него вблизи входа образуется сжатое сечение, струи, затем струя расширяется, заполняет насадок целиком и на входе либо не сжимается (например, для насадка Вентури.), либо сжимается очень слабо. При истечении в атмосферу, в сжатом сечении насадка образуется вакуум. Наличие его приводит к увеличению расхода жидкости при истечении через насадок по сравнению с истечением из отверстия. Значения коэффициентов истечения приведены в таблице 1.
Таблица 1. Коэффициенты истечения через отверстия и насадки.
Длина насадка LНограничивается следующими пределами; (3,5-4,0)D < LН< (6,0-7,0)D (10) где D -диаметр отверстия насадка. При LН<(3,5-4,0)D длина насадка может оказаться недостаточной для расширения транзитной струи после сжатия на входе, т. е. возможен "проскок" струи через насадок (отрыв от боковых стенок трубы). При LН >(6,0-7,0)D потеря напора по длине соизмерима с местными потерями, т.е имеет место случай "короткого" трубопровода, когда необходимо учитывать, как местные потери, так и потери напора по длине. Основные расчетные зависимости для насадков имеют тот же вид, что и для случая истечения жидкости из отверстия V= φН(2gH)0,5 (11) где V - средняя скорость жидкости в выходном сечении насадка в м/с; φН= (1 + ξН)-0,5 - коэффициент скорости насадка; ξН - полный коэффициент сопротивления наездка, который учитывает все потери капора внутри насадка. Так, например, для насадка Вентури (см. рис. 3.), коэффициент потерь складывается из трех членов, а именно, из коэффициентов потерь при входе в насадок (до сжатого сечения струи), при расширении струи и по всей длине насадка: ξН = ξвх + ξрасш + λ(LН/ D) (12) Таким образом Q= V ω= μН ω(2gH)0,5 (13) Уравнение траектории струи, свободно падающей после истечения из отверстия в тонкой стенке (рис, 1), может быть найдено на основании следующих соображений. Пусть в центре сжатого сечения C-С располагается начало координатных осей X и Y. Тогда положение материальной точки, которая имела в начале координат скорость VC, определяется следующими уравнениями: X= VCτ; Y=gτ2/2 (14) где τ– время в секундах. Решая совместно уравнения (14) и (5) получим: φ= X/(2(НY)0,5) (15) Следовательно, при известных значениях X, Y и Н для струи можно определить значения коэффициента скорости. Для конкретных случаев истечения величины X и Y определяются опытным путем для какой-либо точки траектории струи.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |