Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П.1) с использованием модуля М2 (рис. 18).

Рис. 18. Рабочий участок с внезапным расширением

Для выполнения работы необходимо:

· включить насос H1 на панели управления;

· установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В4.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

· расхода воды по ротаметрам;

· показаний пьезометров.

Результаты измерений занести в табл. 14.

Повторить измерения 3–4 раза при других значениях расхода (изменение расхода осуществляют вентилем В4).

Таблица 14

Результаты измерений

№ п/п

Q, м3/с

h1,

h2,

h3,

h4,

h5,

h6,

h7,

h8,

h9,

h10,

h11,

h12,

h13,

м

1

…

4

 

Рассчитать для всех опытов и занести в табл. 15 следующие величины:

· средние скорости потока на участках до и после внезапного расширения

,

где s₁₍₂₎ − площадь поперечного сечения трубы (индекс ₁ соответствует сечению до внезапного расширения, а ₍₂₎ − после него).

· числа Рейнольдса на участках до и после внезапного расширения

,

где n − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П. 3.2 для соответствующей температуры);

· гидравлические коэффициенты трения на участках до и после внезапного расширения

· потери напора на трение на рабочем участке

,

где l₁₍₂₎ – длины расчётных участков (рис. 18);

· потери напора в местном сопротивлении

;

· экспериментальное значение коэффициента местного сопротивления

.

Таблица 15

Результаты расчётов

№ п/п	V1	V2	Re1	Re2	l1	l2	hтр	hвн.р	ζ1вн.р
	м/с						м
1
…
4

Определить теоретическое значение коэффициента местного сопротивления и сравнить с экспериментальными данными.

.

Контрольные вопросы

1. Что называют местным сопротивлением?

2. Почему полный напор потока жидкости после местного сопротивления всегда меньше?

3. Объясните причины местных потерь напора.

4. Как влияет вязкость жидкости на величину местных потерь?

5. По какой общей формуле вычисляют местные потери напора?

6. Зависят ли местные потери напора от скорости потока?

7. От чего зависит коэффициент местного сопротивления при внезапном расширении канала?

Потери напора на внезапном сужении

Цель работы: экспериментально определить потери напора и распределения статических давлений (пьезометрических напоров) вдоль рабочего участка с внезапным сужением трубопровода, определить коэффициент местного сопротивления.

Основы теории

Внезапное сужение трубы является частным видом местного сопротивления.

Местные потери напора при резком сужении состоят из двух частей: из потерь напора на сжатие на участке между сечениями 1–3 и потерь напора на расширение на участке между сечениями 3–2 (рис. 19).

Таким образом, имеем

.

Для расчёта местной потери напора при внезапном сужении используют формулу Вейсбаха, причём в качестве расчётной используют скорость в трубе меньшего сечения:

.

Значение коэффициента местного сопротивления ζ_вн.с зависит от отношения s₂/s₁ (табл. П. 3.3).

Рис. 19. Внезапное сжатие потока

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П. 1) с использованием модуля М5 (рис. 20).

Для выполнения работы необходимо:

· включить насос H1 на панели управления;

· установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В4.

Рис. 20. Рабочий участок с внезапным сужением

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, можно убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

· расхода воды по ротаметрам;

· показаний пьезометров.

Результаты измерений занести в табл. 16.

Повторить измерения 3–4 раза при других значениях расхода (изменение расхода осуществляют вентилем В4).

Таблица 16

Результаты измерений

№ п/п

Q, м3/с

h1,

h2,

h3,

h4,

h5,

h6,

h7,

h8,

h9,

h10,

h11,

м

1

2

3

4

 

Рассчитать для всех опытов и занести в табл. 17 следующие величины:

· средние скорости потока на участках до и после внезапного расширения

,

где s₁₍₂₎ − площадь поперечного сечения трубы (индекс ₁ соответствует сечению до внезапного расширения, а ₍₂₎ − после него).

· числа Рейнольдса на участках до и после внезапного расширения

,

где n − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П. 3.2 для соответствующей температуры);

· гидравлические коэффициенты трения на участках до и после внезапного расширения

· потери напора на трение на рабочем участке

,

где l₁₍₂₎ – длины расчётных участков (рис. 18);

· потери напора в местном сопротивлении

;

· экспериментальное значение коэффициента местного сопротивления

.

Таблица 17

Результаты расчётов

№ п/п	V1	V2	Re1	Re2	l1	l2	hтр	hвн.р	ζ1вн.р
	м/с						м
1
…
4

 

Контрольные вопросы

1. Что называют местными сопротивлениями?

2. Как определяют потери давления в местных сопротивлениях?

3. Как рассчитывают коэффициент местного сопротивления диафрагмы?

4. От каких факторов зависит значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении канала?

5. На какие составляющие раскладывают потери напора при резком сужении канала?

Тема 8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
НАСОСА

Цель работы: снятие напорной характеристики центробежного насоса при постоянной частоте вращения рабочего колеса. Получение навыков проведения энергетических испытаний гидравлических машин.

Основы теории

Энергетические испытания насосов проводят с целью получения характеристик насоса. Характеристиками насоса называют графическое изображение зависимостей напора H, мощности N и коэффициента полезного действия насоса h от его подачи Q при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса n, вязкости и плотности жидкости на входе в насос.

Подачей насоса называют количество жидкости, подаваемой им в единицу времени, м³/с (обычно используют размерность м3/ч).

Напором называют удельную энергию, приобретённую единицей веса жидкости, прошедшей через насос. Напор насоса затрачивается на подъём жидкости до уровня потребителя, на преодоление разности давлений и кинетических энергий потока между значениями на входе во всасывающий трубопровод и значениями на выходе из напорного трубопровода, а также на преодоление сопротивлений движению жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Напор измеряют высотой столба перекачиваемой жидкости. Величину его определяют по выражению

где  − геометрический, пьезометрический и скоростной напоры потока в выходном патрубке насоса (в сечении 2−2, где подключен манометр, рис. 21);  − то же во входном патрубке насоса (в сечении 1−1, где подключен вакуумметр).

Правая часть уравнения представляет собой уравнение Бернулли, составленное для сечений 1−1 и 2−2 относительно горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность насоса Nп − это мощность, сообщаемая насосом жидкости, проходящей через него, т.е.

Nп = ρgHQ,

где r − плотность жидкости, м3/кг; g − ускорение свободного падения, м/c2;H − напор, м; Q− подача м3/с.

Рис. 21. Схема насосной установки

Мощность, потребляемая насосом, может быть определена как произведение мощности, потребляемой электродвигателем, на коэффициент полезного действия электродвигателя. Мощность электродвигателя определяют с помощью электроизмерительных приборов (для трёхфазного электродвигателя она равна сумме мощностей, потребляемых каждой из обмоток). Более точные методы определения мощности насоса связаны с измерениями крутящего момента и частоты вращения двигателя.

Коэффициент полезного действия насоса h равен отношению полезной мощности насоса Nп к потребляемой насосом мощности N, т.е.

η = N_п / N.

Характеристики насоса, полученные для определённой частоты вращения валаn, могут быть пересчитаны на любую другую частоту вращения n1 по условиям пропорциональности:

; ; .