Лабораторная работа №3 по дисциплине "Механика жидкости и газа" - "Определение динамических коэффициентов для оценки расхода жидкости"

Лабораторная работа 3 "Определение динамических коэфициентов для оценки расхода жидкости

Тема. Гидродинамика трубопроводов: определение гидродинамических параметров потока движущейся жидкости при прохождении через измерительные приборы, представляющие местные сопротивления.

Опыт 1. Диафрагма

Определение расхода производят не только объёмным методом, который в производственных условиях практически не применяют, но и с помощью различных расходомерных приборов. В промышленности наиболее распространены мерная шайба, или диафрагма, и водомер Вентури.

Диафрагма (рис. 3.1) представляет собой пластинку, имеющую большое центральное отверстие. Эта пластинка ставится в трубопровод нормально к направлению движения воды и укрепляется с помощью фланцев. Жидкость, протекая через отверстие диафрагмы, приобретает скорость движения бо́льшую, чем до этого отверстия. Следствием изменения скорости движения является падение давления, строго соответствующее изменению скорости. Таким образом, измеряя с помощью жидкостного дифференциального манометра изменение давления в жидкости и зная диаметры отверстия диафрагмы и трубопровода, можно определить расход.

Поток жидкости, проходя через сечение диафрагмы, сжимается так, что площадь сечения струи S становится меньше площади отверстия диафрагмы Scr. В дальнейшем поток занимает всё сечение трубопровода.

Применяя уравнение Бернулли к сечениям 1 и 2, получим:

где p1 и р2 – давление, соответственно, в сечениях 1 и 2;  и  – средняя скорость движения в сечениях 1 и 2;  – коэффициент потерь диафрагмы;  и коэффициент кинетической энергии в сечениях 1 и 2.

Коэффициент кинетической энергии учитывает неравномерность распределения истинных скоростей в этих сечениях и представляет собой отношение действительной кинетической энергии потока к кинетической энергии, вычисленной по средней скорости.

Имея в виду, что , а также заменяя скорости  получим:

где  и  – соответственно, площади живых сечений 1 и 2, м2;  – площадь отверстия диафрагмы, м2;  – коэффициент сжатия.

Обозначая

где  – коэффициент дроссельного прибора, получим

Таким образом, для определения расхода в промышленных условиях с помощью диафрагмы нужно знать значение коэффициента дроссельного прибора и показание жидкостного дифференциального манометра, выраженное высотой водяного столба.

Опыт 2. Водомер Вентури

Водомер Вентури (рис. 3.2), или, как его еще называют, двухконусный водомер, представляет собой сужающийся прибор, но сужение потока в нем осуществляется плавно, без создания застойных вихревых зон, как это имеет место в диафрагме.

Отсутствие застойных зон позволяет резко снизить гидравлические сопротивления при прохождении жидкости через данный прибор, что дает возможность использовать водомер для измерения очень больших расходов жидкости.

Применяя уравнение Бернулли для идеальной жидкости относительно сечений 1 и 2, получим:

Разность давлений, фиксируемая дифференциальным манометром, представляет собой разность кинетических энергий в этих сечениях: Выражая скорость  по уравнению сплошности через , получим:

Определим скорость в сечении 1–1:

По скорости  находим теоретический расход потока:

Qt = S1.(3.3)

При движении вязкой жидкости расход будет меньше и может быть определен по формуле действительного расхода:

)

где  – коэффициент расхода водомера – величина, показывающая, во сколько раз действительный расход меньше теоретического.

В данной работе требуется определить значение коэффициента расхода:

= .  (3.5)

Для этого необходимо определить с помощью объёмного счетчика расхода действительный расход:

 =

и теоретический расход по уравнению (3.3).

Отношение площадей:

Цель работы:

1. Определить коэффициент дроссельного прибора диафрагмы и коэффициент расхода водомера Вентури.

2. Построить тарировочные графики обоих приборов, т.е. зависимости:

Qд = f( Нд) и Qв = f( Нв).