|
|
ОглавлениеЛекция 1. Предмет гидравлики, краткая история её развития Лекция 2. Физические свойства жидкостей Лекция 6. Гидравлические сопротивления Лекция 7. Истечение жидкости из отверстий, насадков и из-под затворов Лекция 8. Гидравлический расчет простых трубопроводов Методические указания к практическим занятиям. Введение Раздел 1. Физические свойства жидкости Раздел 2. Гидростатическое давление Раздел 3. Сила гидростатического давления на плоские стенки и цилиндрические поверхности Раздел 4. Относительный покой жидкости Раздел 5. Уравнение неразрывности. Уравнение Д. Бернулли Раздел 6. Режимы движения жидкости Раздел 7. Гидравлические сопротивления Раздел 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки Раздел 9. Основы теории подобия и моделирования 2. Гидростатическое давление жидкости 4. Поверхности равного давления и свободные поверхности 5. Уравнение бернулли для установившегося движения вязкой несжимаемой жидкости 7. Потери энергии при движении жидкости. 8. Расходомеры переменного перепада давления 9. Истечение жидкости через отверстия и насадки Лабораторный практикум на портативных установках «Капелька». Введение Лабораторная работа № 1. Изучение основных физических свойств жидкости Лабораторная работа № 2. Изучение приборов для измерения давления Лабораторная работа № 3. Режимы движения жидкости Методические указания по выполнению самостоятельной работы. 1. Общие методические указания 2. Объем дисциплины и виды учебной программы 3. Методические указания к решению заданий 4. Перечень вопросов для итогового контроля 5. Задание к самостоятельной работе Контрольно-измерительные материалы. Тесты Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу9. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ9.1. Общие сведенияВ инженерной практике часто приходится решать задачи, касающиеся вопросов истечения жидкости через отверстия различных форм и размеров, а также через короткие патрубки, называемые насадками. К этому виду движения жидкости относится истечение из отверстий в стенках различных резервуаров, в гидротехнических сооружениях, например, сброс воды из верхнего бьефа через различные донные отверстия и через отверстия для наполнения шлюзовых камер. Соответствующие истечению из малых отверстий расчетные зависимости используются для определения расхода и потерь давления в мерных шайбах, в золотниковых распределителях, в различных клапанах, в диафрагменных дросселях и во многих других устройствах гидравлических систем. Картина истечения жидкости через малое отверстие в вертикальной стенке сосуда представлена на рис. 9.1. Как показывают опыты, при выходе из отверстия струя жидкости резко сжимается до сечения С - С, которое называется сжатым сечением. Оно обусловлено инерцией частиц жидкости, движущихся при подходе к отверстию по криволинейным траекториям. Изменение поперечного сечения струи характеризуется коэффициентом сжатия (9.1) где с – площадь струи в сжатом сечении (сечение С - С); – площадь отверстия. Расход жидкости при её истечении через отверстие или насадок определяют по формулам (9.2) где – коэффициент расхода; – площадь отверстия или выходного насадка; Н0 – действующий напор, равный (9.3) где Н – расстояние от центра тяжести площади отверстия или сечения насадки до поверхности жидкости в резервуаре; р0 – давление на свободной поверхности жидкости в резервуаре; р – давление в среде, в которую происходит истечение жидкости; v0 – скорость жидкости в пределах сечения I-I, совпадающего с уровнем жидкости в резервуаре; – величина малая и ею можно пренебречь; р – потери давления при истечении через местное сопротивление (например, через дроссель, распределитель и другую гидравлическую аппаратуру). Коэффициент расхода связан с коэффициентом сжатия следующей зависимостью: (9.4) где – коэффициент скорости отверстия или насадка. В свою очередь, (9.5) где – коэффициент сопротивления малого отверстия. В идеальной жидкости потери энергии отсутствуют (hпот=0), поэтому скорость истечения жидкости из отверстия или насадка равна (9.6) Рис. 10.1. Схема истечения жидкости из малого отверстия с тонкой стенкой Для реальной жидкости (9.7) Численное значение коэффициента скорости можно определить исходя из параболической траектории падения струи. Траектория струи – это ось струи жидкости, свободно падающей после истечения из отверстия. Получим уравнение траектории жидкости. В центре сжатого сечения С - С (т. А) расположим начало координат осей х и у (рис. 9.1). Материальная частица жидкости, находящаяся в т. А, имеет скорость vс . Пренебрегая сопротивлением воздуха и применив к материальной частице известные из теоретической механики уравнения движения (9.8) где Т – время; х, у – текущие координаты струи, получим (после совместного решения уравнений движения) уравнение траектории материальной частицы, движущейся со скоростью vс: (9.9) Решая совместно уравнения (9.7) и (9.9), получим (9.10) Рис. 10.2. Типы насадков: 1 – внешний цилиндрический (насадок Вентури); 2 – внутренний цилиндрический (насадок Борда); 3 – конический сходящийся (конфузорный); 4 – конический расходящийся (диффузорный); 5 – коноидальный Коэффициент расхода малого отверстия в формуле (10.2) зависит от числа Рейнольдса Rе. С увеличением Rе коэффициент сначала увеличивается, достигая максимального значения mах = 0,69 при Rе = 350, а затем начинает уменьшаться и стабилизируется на значении, равном 0,60. Отверстия, а также насадки при больших числах Rе удобно применять в качестве приборов для измерения расхода жидкости, распыления топлива в двигателях внутреннего сгорания, струйных насосах, гидроэлеваторах, ракетных двигателях, дождевальных установках и т.п. В случае истечения жидкости через насадок (рис. 10.2) образуется вакуум (при длине насадка lн = (3...4)dн), который увеличивает пропускную способность насадка и прямо пропорционален напору Н0. Коэффициент расхода насадка зависит от его типа и числа Рейнольдса. По своему значению он превышает коэффициент расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка = 0,80, для коноидального насадка = 0,96 и 0,99, для отверстия = 0,64. 9.2. Истечение жидкости через отверстия и насадкиЦель работы Экспериментальное исследование процесса истечения жидкости из малого круглого отверстия в «тонкой стенке» и через насадки; определение коэффициентов расхода , скорости , сжатия струи , сопротивления характеризующих работу отверстий и насадков; сравнение опытных и справочных значений коэффициентов , , , . При выполнении работы необходимо: • построить зависимости = f1(Re); = f2(Re); = f3(Re) для малого отверстия с «тонкой стенкой»; • построить зависимости = f4(Re) для насадка Вентури или насадка со скругленными входными кромками (коноидального); • определить расхождение (в %) между коэффициентами расхода, полученными из опытов, и справочными данными ; • по данным одного из трех опытов построить траекторию струи при истечении из отверстия и насадка. Описание опытной установки Экспериментальная установка ГД-7 (рис. 9.3) состоит из бака (1), выполненного в виде основания, напорного резервуара (2) с резьбовым отверстием в стенке, куда ввинчиваются три сменных насадка(3), кронштейна (4) с мерными иглами (14) и мерного бачка (5). На крышке бака (1) смонтирован и погружен в воду насос (7), подающий воду в напорный резервуар (2) через кран (8). Напорный резервуар (2) имеет переливную трубу (13), обеспечивающую наибольший напор (580 мм), и прозрачную стенку (12) с четырьмя метками, предназначенными для проведения опыта при четырех различных напорах. Высота уровня жидкости, соответствующая этим рискам, составляет 250, 300, 400 и 580 мм. Постоянство напора может быть обеспечено регулировкой крана (8) подачи жидкости в бак, равной расходу жидкости, вытекающей из отверстия или насадка. Плоскость кронштейна (4) выставляется горизонтально по уровню с помощью винтов (9), расположенных над основанием бака (1). На напорной трубе, подающей жидкость в резервуар (2), имеется успокоитель (6). Для слива, воды из мерного бачка (5) служит кран (19). 9.3. Схема опытной установки ГД-7: 1 – бак; 2 – напорный резервуар; 3 – сменный насадок; 4 – кронштейн; 5 – мерный бачок; 6 – успокоитель; 7 – насос; 8 – кран; 9 – винт; 10 – рукоятки кранов; 11 – шкалы; 12 – прозрачная стенка; 13 – переливная труба; 14 – мерные иглы; 15 – глазок; 16 – маховичок; 17 – сигнальная лампочка; 18 – выключатель; 19 – краны; 20 – двигатель Внимание! Авторские права на книгу "Гидравлика. Учебно-методический комплекс" (Зверева В.А., Земляная Н.В., Земляной В.В., Бочаров С.В., Якушкина О.И., Кучерова Л.В. и др.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
