Введение. Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

ПРОТОКОЛ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №5Г

ИЗУЧЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ И НАСАДКИ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ В АТМОСФЕРУ

Вариант начальных установок №

Выполнил студент _______________

Группа__________

Принял доц. Ф. В. Качановский

Тверь - 2015

ИЗУЧЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ И НАСАДКИ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ В АТМОСФЕРУ

Введение

Малым считается отверстие, высота которого не превышает 0, 1 Н. Здесь Н - превышение свободной поверхности жидкости над центром тяжести отверстия (рис. 1).

Стенку считают тонкой, если ее толщина d < (1, 5...3, 0) d (рис. 1). При выполнении этого условия величина d не влияет на характер истечения жидкости из отверстия, так как вытекающая струя жидкости касается только острой кромки отверстия.

Поскольку частицы жидкости движутся к отверстию по криволинейным траекториям, то за счет сил инерции струя, вытекающая из отверстия, сжимается. Благодаря действию сил инерции струя продолжает сжиматься и после выхода из отверстия. Наибольшее сжатие струи, как показывают опыты, наблюдается в сечении C-C на расстоянии примерно (0, 5...1, 0) d от входной кромки отверстия (рис. 1). Это сечение называют сжатым. Степень сжатия струи в этом сечении оценивают коэффициентом сжатия e:

, (1)

где w_с и w - площадь сжатого живого сечения струи и площадь отверстия.

Среднюю скорость струи J_c в сжатом сечении C-C при р₀ = р_ат вычисляют по формуле, полученной из уравнения Д. Бернулли, составленного для сечений I-I и C-C (рис. 1):

, (2)

где j - коэффициент скорости отверстия.

. (3)

C использованием уравнения траектории струи, вытекающей из отверстия, получено еще одно выражение для коэффициента j:

. (4)

В формулах(3) и(4) a - коэффициент Кориолиса, z - коэффициент сопротивления отверстия, x_i и y_i - координаты произвольно взятой точки траектории струи.

Поскольку напор теряется главным образом вблизи отверстия, где скорости достаточно велики, при истечении из отверстия во внимание принимают только местные потери напора.

Расход жидкости Q через отверстие

(5)

где

. (6)

Здесь m - коэффициент расхода отверстия, учитывающий влияние гидравлического сопротивления и сжатия струи на расход жидкости. С учетом выражения для m формула (5) принимает вид:

(7)

Значения коэффициентов e, z, j, m для отверстий определяют опытным путем. Они зависят от формы отверстия и числа Рейнольдса. Однако при числах Рейнольдса Re ³ 10⁵ они от Re не зависят и для круглых и квадратных отверстий при совершенном сжатии струи имеют значения:

e= 0, 62...0, 64, z=0, 06, j=0, 97...0, 98, m=0, 60...0, 62.

Насадком называют патрубок длиной 2, 5 d £ L_H £ 5 d (рис. 2), присоединенный к малому отверстию в тонкой стенке и изменяющий гидравлические характеристики истечения (скорость, расход жидкости, траекторию струи). Насадки бывают цилиндрические (внешние и внутренние), конические (сходящиеся и расходящиеся) и коноидальные, очерченные по форме струи, вытекающей из отверстия.

Использование насадка любого типа вызывает увеличение расхода Q благодаря вакууму, возникающему внутри насадка в области сжатого сечения C-C (рис. 2) и обусловливающему повышение напора истечения.

Среднюю скорость истечения жидкости из насадка J и расход Q определяют по формулам, полученным из уравнения Д. Бернулли, записываемого для сечений I-I и в-в (рис. 2),

, (8)

где - коэффициент скорости насадка, z_Н - коэффициент сопротивления насадка.

Для выходного сечения в-в коэффициент сжатия струи e = 1, так как насадок здесь работает полным сечением. Поэтому коэффициент расхода насадка m_Н = j_Н.

Расход жидкости, вытекающий из насадка, вычисляется по формуле, аналогичной формуле (7),

(9)

2.Цели работы:

1. Определить по опытным данным значения коэффициентов m_оп, j_оп, e_оп, z_оп при истечении воды в атмосферу через малое круглое отверстие диаметром d =2 см при постоянном напоре и значения коэффициентов m_Ноп = j_Ноп и z_Ноп для внешнего цилиндрического и конических (сходящегося и расходящегося) насадков при Н = const.

2. Сравнить значения коэффициентов, полученные в опытах, со справочными и подсчитать относительные отклонения.