1.2 Вимірювання швидкостей та витрат рідини
Вимірювання швидкостей рідини, яка тече в трубах і каналах, можна виконати різними методами.
У лабораторній практиці з цією метою застосовують прилади, принцип дії котрих грунтується на вимірюваннях повного та статичного тисків.
Трубка Піто.
Якщо в потік помістити зігнуту під прямим кутом тонку трубку d і направити відкритий її кінець назустріч потоку, розмістивши приймальний отвір у точці вимірювання А, а другий кінець з’єднати з атмосферою, то в такій трубці (трубці повного напору) рідина піднімається на таку висоту н2, що тиск P2=g н2, створений стовпцем рідини у трубці, зрівноважить повний тиск потоку:
Рис.4. Трубки для вимiрювання повного та статичного тискiв
,
де r - густина рідини;
P1 - статичний тиск у точці вимірюванні;
U - швидкість у точці вимірювання.
Тиск P1 можна вимірювати за допомогою трубки a статичного напору (п’єзометричної трубки). Різниця рівнів рідини у трубках Dн=н2-н1 дає можливість визначити величину швидкості в точці вимірювання, тобто в точці А. Дійсно,
,звідси
.
Таким чином, за допомогою трубок повного і статичного тисків ми маємо змогу знайти швидкість у будь-якій точці потоку.
Комбіновані насадки. Для визначення швидкості в практиці лабораторій часто користуються удосконаленою трубкою Піто, яку називають комбінованим насадком (рис.5). Він складається з двох концентрично розміщених трубок, з яких центральна передає на одне із колін диференційного манометра повний напір, а через отвори, зроблені на боковій поверхні другої, зовнішньої, трубки, через щілину між трубками передається на друге коліно манометра статичний тиск. За різницею рівнів рідини в колінах диференційного рідинного манометра і визначається швидкість потоку в даній точці. У більшості випадків такі комбіновані насадки мають сферичну головну частину.
Так як отвори для прийому тисків неможливо сумістити, то тиски P1 і P2 практично вимірюються в різних точках потоку. Ця обставина є однією з причин, які створюють систематичну похибку комбінованого насадка. На точність впливають також розміри отворів та ретельність їх виконання. У зв’язку з цим швидкість потоку при її визначенні за допомогою комбінованого насадка обчислюється за такою формулою:
,
де К - коефіцієнт, величина якого визначається для кожного насадка експериментальним шляхом (тарування насадка). Найчастіше величина .
Рис.5. Комбiнований насадок i диференцiйний манометр
До приладів для замірювання кількості (об’єму, ваги) рідини відносяться вимірні баки, механічні лічильники, а також різноманітні прилади, в яких використовується звуження потоку.
Вимірювання витрат за допомогою об’ємних вимірників
За допомогою вимірника об’єму можна визначити W - кількість рідини, яка витікає з гідросистеми за деякий проміжок часу ?, який відлічують за допомогою секундоміра.
При цьому витрата рідини
.
Спосіб вимірювання витрат за допомогою мірного бака є найбільш точним і широко використовується в лабораторній практиці для тарування інших вимірників витрат.
1.2.1 Лабораторна работа 2. Методи вимірювання швидкості та витрати рідини
МЕТА РОБОТИ:
Засвоїти методику вимірювання швидкості рідини за допомогою трубки Піто.
Засвоїти методику вимірювання витрат рідини в трубі за допомогою трубки Вентурі.
Провести тарування приладу.
ОПИС УСТАНОВКИ. Дослід проводиться на гідродинамічній установці, схема якої зображена на рис.3. На щиті п’єзометрів: п’єзометр 7 - трубка для вимірювання повного напору (трубка Піто); п’єзометр 6 призначений для вимірювання статичного тиску в цьому перерізі; п’єзометри 3 і 4 - для вимірювання статичних тисків у двох перерізах трубки Вентурі.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДУ
1. Відкрити крани ІІ і V (рис.3) та встановити стабільний рух рідини в трубі. Записати до протоколу покази п’єзометрів 3, 4, 6, 7, об’ємним способом (за допомогою мірного бачка та секундоміра) тричі виміряти витрати рідини при заданому установленому режимі руху. Одержані дані занести до протоколу досліду.
2. Таку ж саму роботу провести для чотирьох - п’яти інших режимів руху рідини. Перехід на нові режими досягається за допомогою кранів ІІ та V. Необхідно стежити за тим, щоб при всіх режимах рух рідини був усталеним.
ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДУ
1. Для кожного режиму руху рідини обчислити об’ємні секундні витрати за формулою
, (j=1, 2,3),
потім за трьома виміряними значеннями витрат знайти для даного режиму середню величину витрат
, (n=3),
Де Wj - об’єм рідини у мірному бачку;
?j - час вимірювання;
n - число вимірювань.
2. Визначити величину середньої швидкості в тому перерізі труби, де встановлено трубку Піто:
.
3. Обчислити різницю рівнів рідини у трубках 6 і 7, тобто
Dнp=н7 - н6.
4. Визначити місцеву швидкість в точці на осі труби, де встановлено трубку Піто:
.
5. Визначити різницю DНB=н3-н4, тобто різницю рівнів рідини в п’єзометрах, встановлених на трубці Вентурі.
6. Обчислити витрати рідини за показами трубки Вентурі згідно з формулою
,
де F3 - площа поперечного перерізу труби, F4 - площа поперечного перерізу горловини (рис.3).
7. Визначити коефіцієнт витрат mB для трубки Вентурі
.
8. Побудувати графіки Vp=f (Dнp) i Vc=f (Dнp).
9. Побудувати графіки QB=f (DНB) i Qcр=f (DНB).
10. Побудувати графіки mB=f (QB) i mB=f (QC).
Протокол досліду
|
№ Вимiру |
Покази п’?зометрiв |
Dн, см |
DНв, см |
?j, с |
Wj, см 3 |
Qj, см 3/с |
Qcр, см 3/с |
Vc, м/с |
Vp, м/с |
QB, м 3/с |
mB |
|||
|
|
н3, см |
н4, см |
н5, см |
н6, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
