Влияние скорости потока на расход при истечении через отверстие стенки трубопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние скорости потока на расход при истечении через отверстие стенки трубопроводов

Калякин Александр Михайлович

Сауткина Татьяна Николаевна

Чеснокова Елена Вадимовна

Нурмакова Айжан Муратовна

Аннотации

Для водоснабжения промышленных и коммунально-бытовых объектов необходимо знать характеристики дырчатого лотка. В лаборатории на кафедре ТГВ СГТУ имени Гагарина Ю.А. проведено изучение процессов истечения на гидравлическом лотке при бурном и спокойном режимах.

Ключевые слова: водоснабжение, дырчатый лоток, опыты, режим движения, расход, диаметр отверстия, глубина потока, коэффициент расхода.

Kalyakin Alexander Mihaylovich

"Yuri Gagarin Saratov State Technical University"

Russia, Saratov

Docent of department "Heat, gas supply, ventilation,

water supply and applied hydrodynamics"

E-mail: adamas.elena@gmail.com

Sautkina Tatyana Nikolaevna

"Yuri Gagarin Saratov State Technical University"

Russia, Saratov

Docent of department "Heat, gas supply, ventilation,

water supply and applied hydrodynamics"

E-mail: angelanddiman@mail.ru

Chesnokova Elena Vadimovna

"Yuri Gagarin Saratov State Technical University"

Russia, Saratov

Assistant of department "Heat gas supply, ventilation,

water supply and applied hydrodynamics"

E-mail: adamas.elena@gmail.com

Nurmakova Ayzhan Muratovna

"Yuri Gagarin Saratov State Technical University"

Russia, Saratov

Student

E-mail: ayzhana666.ru@yandex.ru

Influence of flow rate on the expenditure when fluid flows out of the hole in the pipe wall

For water supply of industrial and household objects, you must know the characteristics of the tray with a hole. In a laboratory at the Department of DVT SSTU named after Y.А. Gagarin expiration processes on the hydraulic chute with stormy and quiet modes.

Key words: water, perforated tray, experiences, motion, flow, hole diameter, depth, flow discharge coefficient.

Описание экспериментальной установки

Для целей водоснабжения и проектирования водозаборных сооружений на природных реках и в других условиях необходимо знать характеристики дырчатого лотка [1]. На кафедре ТГВ СГТУ имени Гагарина Ю.А. проводиться изучение процессов истечения [2].

При проведении опытов в качестве основного использовался гидравлический лоток, уже существовавший в лаборатории гидравлики СГТУ имени Гагарина Ю.А. (рис. 1). Характеристики этого лотка таковы: длина его 10 м, форма сечения - прямоугольная; ширина лотка по дну и высота стеклянных стенок соответственно 0,55 м и 0,5 м. Дно покрыто хорошо заглаженной цементной стяжкой. Для возможности изменения уклона головная часть лотка имеет шарнирную опору, а хвостовая опирается на винтовой домкрат.

Рис. 1. Схема гидравлического лотка.

1 - лоток; 2 - приемная емкость; 3 - мерная емкость; 4 - напорный бак; 5 - подающий и питающий трубопроводы; 6 - центробежный насос;

7 - шарнирная опора; 8 - домкрат; 9 - успокоители;

10 - регулирующая задвижка; 11 - ультразвуковой расходомер;

12 - внутренний лоток; 13 - отверстие в дне.

Питание водой может осуществляться из городского водопровода - она подавалась в напорный бак 4 и, проходя через рабочую часть, сливалась в мерную емкость 3. Лоток также рассчитан на работу в автономном режиме - вода из приемной емкости 2 перекачивалась центробежным насосом 6 производительность от 5 до 55 л/с по замкнутой схеме: резервуар - напорный бак - лоток - резервуар. Предусмотрено измерение расхода как объемным способом, так и с помощью ультразвукового расходомера. Изменение уклона производилось вручную домкратом в пределах от 0 до 0,1.

Для экспериментов по истечению из дна в только что описанный лоток был вставлен лоток из оргстекла меньшего размера, пункт 12 на рис. 1.; вид сверху показан на рис. 2а. Размеры малого (внутреннего) лотка следующие: длина 4,5 м, ширина 0,3 м, высота стенок (сам лоток прямоугольного сечения) 0,2 м. Таким образом, между боковыми стенками лотков и под дном малого лотка существовали промежутки для помещения в них измерительных приборов.

а) б)

Рис. 2 Устройство отверстия в дне малого лотка

а) вид сверху, б) отверстие

Примерно на расстоянии 1/3 длины малого лотка (от его конца) была устроена стальная вставка заподлицо с дном, рис. 2б. Это было вызвано тем, что толщина стенок из оргстекла малого лотка 0,01 м и в отверстии при течении образуется пузырек воздуха (который при большинстве режимов устранить крайне сложно). В стальной вставке толщиной 1 мм сверлились отверстия и опыт показал, что выполнять их необходимо с большой точностью. В самом конце малого лотка возможно было устраивать подпор при спокойном режиме. Опыты могут быть проведены как при бурном, так и при спокойном режимах. Следует отметить возможность с высокой точностью определять расход через отверстие в малом лотке. В то же время полный расход в лотке невозможно определить без значительной погрешности.

Влияние скорости потока на расход

В ходе предварительных опытов выяснилось, что каждое отверстие независимо от его диаметра имеет свой коэффициент расхода, принципиально не отличающийся от остальных. По этой причине перед каждым опытом над отверстиями создавалась мини-емкость при нулевом уклоне со стоячей водой (перед проведением опытов мини-емкость удалялась). При истечении из отверстия в этих условиях определялся классический коэффициент расхода (при нулевой скорости течения потока, нами он обозначен как ).

В дальнейшем коэффициент расхода отверстия определялся по классической формуле

,

где - расход через отверстие, определяемый объемным способом;

- площадь отверстия;

- ускорение свободного падения;

- глубина потока.

В опытах наблюдалось отклонение струи из отверстия в сторону направления основного потока в лотке, и степень отклонения была пропорциональна средней скорости потока, независимо от глубины.

Опыты были выполнены как при бурном, так и при спокойном режимах, и при каждом режиме устанавливалось несколько глубин. Всего было проведено 22 опыта (10 при спокойном и 10 при бурном режимах). Глубины изменялись от 0,02 м до 0,1 м.

Предварительно можно сделать вывод, что числа Фруда и числа Рейнольдса не влияют на расход через отверстие.

Выводы

1. Коэффициент расхода отверстия , когда жидкость движется, зависит как от средней скорости, так и от глубины основного потока.

2. В результате обработки экспериментальных данных предлагается определять коэффициент расхода при движении жидкости в канале по формуле гидравлический поток расход

где - некоторый безразмерный эмпирический коэффициент;

- средняя скорость потока

Литература

1. Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения: учеб. пособие / А.А. Кастальский, Д.М. Минц. - М.: Высшая школа, 1962. - 559 с.

2. Калякин А.М. Истечение жидкости через отверстие в стенке круглой трубы / А.М. Калякин, Т.Н. Сауткина // Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений: межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2006. - С. 97-102.

Размещено на Allbest.ru