Основные положения и расчетные зависимости
Водомер Вентури - это двухконусный водомер (рис. 4-1), состоящий из двух конусообразных патрубков со вставкой меньшего диаметра по сравнению с диаметром трубы, в которую вставляется водомер. Вдоль оси прибора устанавливаются два пьезометра: один перед началом конусообразного сечения, второй - по середине суженной вставки. При переходе жидкости из сечения 1-1 цилиндрической части водомера Вентури к узкому сечению 2-2 происходит преобразование части потенциальной энергии ее в кинетическую. Далее от сечения 2-2 жидкость движения по плавно расходящемуся удлиненному конусообразному патрубку до сечения, равного сечению трубопровода за водомером. При этом происходит обратное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Часть потенциальной энергии жидкости при ее движении через водомер теряется на преодоление сопротивлений движению. Пренебрегая, в первом приближении, этими потерями, можно определить по разности показаний пьезометров в сечениях 1-1 и 2-2 среднюю скорость течения и расход жидкости в трубе.
Для установления расчетных зависимостей запишем уравнение Бернулли для двух сечений потока (рис. 4-1), в которых установлены пьезометры:
(4-1)
где: и - высоты центров тяжести сечений 1 и 2 над плоскостью сравнения 0-0; , - пьезометрические высоты в сечениях потока; и - средние скорости потока в сечениях 1 и 2; - коэффициент кинетической энергии; - потери механической энергии.
При этом сумма двух высот, геометрической и пьезометрической, как известно, называется статическим (или пьезометрическим) напором:
, (4-2)
Пренебрегая потерей энергии на сравнительно коротком участке между сечениями потока ( =0) и незначительным отличием коэффициента а от единицы ( =1) при турбулентном режиме движения жидкости, перепишем уравнение Бернулли в следующем виде:
-------- -------- (4-3)
Здесь разность статических напоров представляет собой (рис. 4-1) разность высотного положения уровней в пьезометрах, которую обозначим через :
(4-4);
Для горизонтально расположенного трубопровода с водомером и разность напоров превращается в разность пьезометрических высот:
(4-4’)
Показание второго пьезометра всегда будет меньше, чем показание первого пьезометра, так как в суженной части скорость будет больше, а давление ниже.
Таким образом уравнение (4-3) получит следующий вид:
------------------------- (4-5)
Разность пьезометрических высот можно определить по пьезометрам на водомере. Однако в правой части зависимости (4-5) имеем две неизвестные величины - скорости в двух сечениях. Воспользуемся уравнением неразрывности потока:
(4-6)
с тем, чтобы выразить скорость через :
(4-7)
Тогда:
(4-8)
Выражая площади сечений через их диаметры, получим:
(4-9)
откуда определится величина скорости в начале патрубка:
(4-10)
Расход жидкости:
(4-11)
Подставляя значение скорости из формулы (4-10) в (4-11), получим функциональную зависимость между расходом и разностью пьезометрических высот; назовем этот расход теоретическим:
(4-12)
Поскольку выражение
(4-13)
является величиной известной и постоянной для данного прибора: А - константа водомера, то зависимость (4-12) примет следующий вид:
(4-14)
При выводе зависимости (4-14) мы не учитывали потерь энергии между сечениями, поэтому действительный расход Q будет всегда меньше теоретического .
Практически потери энергии учитываются введением коэффициента расхода водомера <1. Следовательно, окончательная формула для расхода, проходящего через водомер, получит такое выражение:
(4-15)
Значение коэффициента расхода водомера возможно получить только опытным путем, замеряя действительный расход в трубе (объемным или весовым способом) и сравнивая его с теоретическим расходом, вычисленным по формуле (4-14):
(4-16)
причем
(4-i7)
где - объем жидкости, вытекающий из трубы за время Т.
Определение коэффициента расхода , необходимо провести неоднократно.
Описание установки
Схема опытной установки предельно проста (рис. 4-2): из напорного бака 1 вода поступает в горизонтальную трубу 2, в средней части которой установлен расходомер Вентури 3 с пьезометрами. Изменение расхода достигается изменением сопротивления вентиля 4 в конце трубы. Измерение расхода ведется с помощью мерного бака 5 с водомерным стеклом 6, шкала которого проградуирована в литрах объема воды, соответствующего каждому сантиметровому делению шкалы.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|