Истечение жидкости из отверстия и насадка

Лабораторная работа № 6

 

основные положения

 

истечение жидкости из малого отверстия характеризуется следующими особенностями (рис.1) : струя жидкости на выходе из отверстия сужается, оставаясь сплошной и однородной . а затем происходит изменение формы ее поперечного сечения (инверсия струи) Максимальное сжатие наблюдается на расстоянии около 0,5d

отношение площади сжатого сечения струи с к площади отверстия о называется коэффициентом сжатия

Применив уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 (рис. 1 б) можно получить формулу для расчета скорости истечения V-

 

V =

 

где - коэффициент скорости. равный отношению действительной скорости к теоретически возможной (для идеальной жидкости). H – напор истечения ,

g - гравитационная постоянная.

 

Коэффициент скорости в работе определяется по траектории струи (рис. 2 а):

= x /(2 )

 

где x- и y- - координаты произвольной точки струи

 

Действительный расход жидкости при истечении определяется по формуле

Q =

 

где = является коэффициентом расхода, характеризующим пропускную способность отверстия или насадка. Очевидно, что он равен отношению действительного расхода к теоретически возможному

Qт =

 

 

Уменьшение действительного расхода жидкости при истечении по сравнению с расчетным вызвано наличием гидравлического сопротивления отверстия или насадка. Величина коэффициента гидравлического сопротивления может быть найдена по формуле

= 1/2 -1

 

 

где __ - коэффициент скорости, определенный по формуле (2).

 

Насадком называется короткий патрубок (длина = 3,5-6,5 d) , присоединяемый к баку с целью увеличения расхода. Насадки бывают цилиндрические, конические (конфузорные и диффузорные), коноидальные, внутренние и внешние и т.д. Наиболее простыми и распространенными являются внешние цилиндрические насадки (рис. 1 б).

Истечение жидкости через такой насадок имеет ряд особенностей. ПРри входе жидкости в насадок , вследствие сжатия струи, образуется область пониженного давления, так называемая вакуумная полость. Она вызывает подсос жидкости из бака. что приводит к увеличению расхода жидкости через насадок по сравнению с отверстием.

Кроме того, коэффициент сжатия струи на выходе из насадка равен единице, поскольку струя выходит полным сечением, поэтому для насадка н = .н

Измерив величину вакуума на входе в насадок pv=pатм -pc можно рассчитать степень сжатия струи внутри насадка

 

c =c/о = V

 

 

Здесь - коэффицитент сопротивления входа (принимаем равным = 0,05)

- V - среднерасходная скорость истечения, вычисляемая по формуле (1) с учетом коэффициента скорости __.

Расход через насадок вычисляется по формуле (3) с заменой соответствующим коэффициентом расхода через насадок.

 

Цель работы

 

  1. Произвести визуальное наблюдение за особенностями истечения жидкости через круглое отверстие с острой кромкой и внешний цилиндрический насадок. а также за инверсией струи в квадратном.
  2. Определить опытное значение коэффициентов скорости, расхода и гидравлического сопротивления для отверстия и насадка.

 

 

Описание лабораторной установки

 

Схема установки приведена на рис. 2. Истечение жидкости происходит через квадратное 5 и круглое 6 отверстия, а также через цилиндрический насадок 7, расположенный на торцевой стенке бака 1.

При открытии вентиля 3 вода поступает из сети в бак и под напором Н вытекает через насадок или отверстие свободной струей. Координата _x_ измеряется с помощью подвижного устройства. установленного на горизонтальной линейке; координата _y_ - расстояние между горизонтальной осьюотверстия или насадка и осью струи -- в данной работе является величиной постоянной = 0,518 м.

Напор истечения принимается 0,62 м

Для определения вакуума внутри насадка применяется жидкостный U- образный вакуумметр, заполненный четыреххлористым углеродом с плотностью ccl4 = 1586 кг/м3

 

Порядок выполнения работы

 

  1. Открыть заглушку на отверстии 5. Постепнно открывать вентиль 3, одновременно

 

Величина Отверстие Насадок
Диаметр d ? мм
Площадь , см2 3,14 3,14
Напор истечения H, м 0,62 0,62
Координата x, м    
Вакуум в насадке, мм C Cl4 --------  
Напор истечения , м 0,62 0,62
Коэффициент скорости,    
Скорость истечения, м/с V    
Коэффициент расхода    
Расход истечения, м3/с    
Коэффициент гидравлического сопротивления,    
Коэффициент сжатия струи    
Коэффициент сжатия струи внутри насадка    
Число Рейнольдса    
Погрешность определения коэффициента    

 

Обработка результатов измерений

  1. Определить коэффициент скорости и скорость истечения для отверстия и насадка.
  2. Вычислить коэффициент расхода , принимая =0,64 для отверстия и = 1 – для насадка. Определить расход жидкости по зависимости (3)
  3. Определить значения коэффициентов сопротивления для отверстия и насадка по формуле (4)
  4. Вычислить степень сжатия струи внутри насадка по формуле (5). Использовать соотношение (6)
  5. Определить число Рейнольдса и режим течения жидкости
  6. Сравнить полученные опытные значения коэффициентов с табличными стандартными значениями. Вычислить относительную ошибку измерения коэффициентов расхода

 

(7)

 

Здесь - абсолютная погрешность , определяемая точностью прибора. В работе можно принять H = 0,5 цены наименьшего деления шкалы прибора (линейки, пьезометра и т.д.) y = 0,1 мм.

 

 

Контрольные вопросы для подготовки