SU1721326A1 - Учебно-лабораторна установка дл исследовани установившегос напорного течени жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к техническим обучающим средствам и позвол ет улучшить эксплуатационные свойства установки . Установка выполнена в виде единого герметичного корпуса 1, разделенного на напорную емкость 3 и. сливную емкость 4 перегородкой 2. Опытный канал 5 и воздушный канал 6 установлены в перегородке 2 на различной высоте. Входной конец воздушного канала 6 сообщаетс  со сливной емкостью 4. Выходные концы каналов 5 и 6 направлены по вертикали один к другому, Каналы 5 и 6 можно заменить р дом каналов , образующих решетку, или соединить между собой пьезометрами. Объем жидкости , заливаемой в установку, определ етс  объемом меньшей из двух емкостей 3 и 4. При истечении жидкости из емкости 3 в емкость 4 под действием напора, определ емого вертикальным рассто нием между выходным сечением канала 5 и входным сечением канала 6, определ ютс  параметры потока в сливном канале 6, При повороте установки в вертикальной плоскости на 180°, функции емкостей 3 и 4, а также кана- ловБи вмен ютс  и определ ютс  параметры потока в канале 5. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. С

Description

Изобретение относитс  к техническим обучающим средствам и может быть использовано при создании учебно-лабораторного оборудовани  по гидравлике и физике дл  высших, средних специальных учебных заведений и средних школ.

Известна учебно-лабораторна  установка дл  исследовани  установившегос  напорного течени  жидкости, содержаща  прозрачные частично заполненные исследуемой жидкостью напорную емкость с воздушным каналом и расположенную под ней сливную емкость с уровнемерной шкалой, соединенную с напорной емкостью опытным каналом, входное и выходное сечени  которого наход тс  ниже входного и выходного сечений воздушного канала/причем напорна  емкость снабжена заливной горловиной с пробкой, опытный канал на выходном конце имеет запорное устройство, а входной конец воздушного канала и сливна  емкость св заны с атмосферой 1.

Недостатком этой установки  вл ютс  низкие эксплуатационные свойства. Так, подготовка и запуск установки в работу сопровождаютс  большим числом операций. что делает выполнение опытов продолжительным и трудоемким. Кроме того, установка имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. не позвол ет без изменени  конструкции и дополнительных операций определ ть параметры струи на выходе

j S.l

ihO

л

со

ю

|0

из опытного канала, получать распределение давлени  в каналах и наблюдать картину течени  жидкости в процессе произвольного изменени  ее скорости во времени.

Цель изобретени  - улучшение эксплуатационных свойств установки.

Дл  этого учебно-лабораторна  установка дл  исследовани  установившегос  напорного течени  жидкости, содержаща  прозрачные частично заполненные исследуемой жидкостью напорную емкость с воздушным каналом и расположенную под ней сливную емкость с уровнемерной шкалой, соединенную с напорной емкостью опытным каналом, входное и выходное сечени  которого наход тс  ниже входного и выходного сечений воздушного канала, установка выполнена в виде единого герметичного корпуса, разделенного перегородкой на напорную и сливную емкости, причем воздуш- ный и сливной каналы установлены в перегородке на разной высоте и входной конец воздушного канала сообщен со сливной емкостью, а объем жидкости в установке равен обьему меньшей из емкостей. Кроме того, выходные концы каналов направлены по вертикали и обращены один к другому, установка дополнительно содержит пьезоэлементы, расположенные между каналами и соедин ющие их между собой; установка .имеет расположенные р дом с одним из каналов дополнительные каналы, которые образуют решетку; горизонтальное рассто ние между центрами выходных сечений каналов превышает рассто ние между ними по вертикали.

На фиг. 1 показана установка дл  исследовани  течени  жидкости в каналах посто нного сечени ; на фиг, 2 - установка дл  изучени  распределени  давлени  вдоль потока жидкости; на фиг. 3 - установка дл  исследовани  истечени  жидкости через отверсти  и насадки; на фиг. 4 - установка дл  изучени  режимов движени  жидкости.

Установка дл  исследовани  течени  жидкости в каналах посто нного сечени  (см, фиг. 1) имеет единый прозрачный герметичный корпус 1. Корпус 1 разделен наклонной перегородкой 2 на емкости 3 и 4. В перегородке на разных высотах установлены горизонтальные каналы 5 и 6 в виде трубок с различными диаметрами. Рассто ние по вертикали между центрами выходных сечений трубок обозначено через В. С помощью каналов 5 и 6 емкости 3 и 4 сообщаютс  между собой. Установка заполнена водой, объем которой равен объему одной емкости, а если емкости разные, то

объему меньшей из них. Дл  измерени  уровн  воды в одной из емкостей предусмотрена шкала 7.

Если испытываемые каналы 5 и 6 имеют

большое сечение, то их выходные концы располагаютс  по вертикали один навстречу другому (на фиг. 1 показаны пунктиром). Такое конструктивное исполнение исключает обратный пропуск жидкости каналами

0 при работе их в режиме пропуска воздуха из сливной емкости в напорную.

В установке дл  изучени  распределени  давлени  вдоль потока жидкости (см. фиг. 2) перегородка 2 выполнена ступенча5 той и дл  удобства изготовлени  и сборки - объемной. В ней высверлены каналы 5 и 6, Канал 6 выполнен с переменным по длине сечением. Установка дополнительно содержит пьезометры 8, представл ющие собой

0 вертикальные сверлени , выполненные в перегородке 2. Пьезометры 8 соедин ют каналы 5 и 6, расположены между ними и предназначены дл  измерени  давлени  в сечени х потока.

5 Установка дл  исследовани  истечени  жидкости через отверсти  и насадки (см. фиг. 3) имеет ступенчатую перегородку 2 с двум  участками, расположенными на разных высотах. В перегородке на одном гори0 зонтальном участке выполнен круглый сквозной канал 5 длиной в несколько диа-г метров, представл ющий собой в,нешний цилиндрический насадок. На другом горизонтальном участке в перегородке выпол5 нен канал 6, представл ющий собой отверстие с острыми кромками и имеющий равный с каналом 5 диаметр дл  удобства сопоставлени  их пропускной способности. Дл  измерени  уровней воды в емкост х,

0 угла наклона установки и дальности полета струи предусмотрена едина  шкала 7, котора  проходит через весь корпус и расположена на задней стенке корпуса. Установка заполнена водой, объем которой равен объ5 ему меньшей из емкостей.

В установке дл  изучени  режимов движени  жидкости (см. фиг. 4) р дом с каналом 5 имеютс  дополнительные каналы 9, образующие вместе решетку 10. Решетка обес0 печивает пропуск воздуха вверх без подтекани  жидкости вниз, а в режиме пропуска жидкости позвол ет получить большой расход ввиду малости ее гидравлического сопротивлени . Центры

5 выходных сечений канала 6 и решетки 10 расположены на горизонтальном рассто нии L, превышающем вертикальное рассто ние В между ними, что обеспечивает при горизонтальном положении установки получение диапазона расходов, включающего

расходы при вертикальном положении установки . Установка заполнена жидкостью, содержащей микроскопические частицы дл  визуализации течени .

Установки работают следующим образом .

При заполненной водой емкости 3 установка ставитс  на стол емкостью 4. При таком положении установки емкость 3  вл етс  напорной, емкость 4 - сливной, канал 6 - опытным каналом, а канал 5 - воздушным каналом.

Вода начинает вытекать через канал 6 из напорной емкости 3 в сливную емкость 4 и вытесн ть из нее воздух в виде пузырей через канал 5 в напорную емкость 3. В результате давление над жидкостью в емкости 4 и давление в напорной емкости 3 на уровне выхода воздуха из канала 5 уравниваютс  и течение происходит под действием посто нного напора .Н, создаваемого весом столба жидкости между каналами и равного рассто ниютю вертикали (Н В) между центрами выходных сечений каналов 5 и 6. Так обеспечиваетс  установившеес  (с посто нным во времени расходом) движение жидкости через канал 6.

В ходе опытов определ ют врем  перемещени  уровн  на произвольно заданную величину S, отсчитываемую по шкале 7, и с использованием размеров установки и KaJ нала 6 вычисл ют расход жидкости и искомые гидравлические величины: коэффициенты истечени  и гидравлического трени , потенциальную и кинетическую энергию в сечени х потока, числа Рейноль- дса.

При повороте установки на 180° в вертикальной плоскости емкость 4 становитс  напорной, а емкость 3 - сливной, и жидкость начинает вытекать с посто нным расходом, определ емым тем же напором Н, через канал 5. В этом случае канал 5 становитс  опытным, а канал 6 обращаетс  из опытного в воздушный„канал. Вышеуказанные замеры и вычислени  повтор ют дл  канала 5,

Стабилизированное.значение расхода в установках можно измен ть уменьшением напора истечени  Н за счет их перевода из вертикального в наклонное положение. Кроме того, в этом случае в установке дл  использовани  истечени  жидкости через отверсти  и насадки (см. фиг. 3) представл етс  возможность определить по шкале 7 дальность полета струи и с учетом угла наклона установки рассчитать коэффициент скорости истечени .

Установка дл  изучени  режимов движени  жидкости (см. фиг. 4) позвол ет визуально наблюдать ламинарное и

турбулентное течение на подходе к опытному каналу не только в установившемс  режиме , но и в ходе самопроизвольного уменьшени  расхода. Дл  этого установка 5 ставитс  на стол боковой стенкой и истечение происходит при посто нно уменьшающемс  напоре. Кроме того, в таких положени х можно наблюдать структуру потока через решетку при внезапных расши0 рени хи сужени х.

Таким образом, предлагаемые технические решени  позвол ют создавать учебно- лабораторные установки дл  исследовани  различных параметров напорного течени ,

5 которые в отличие от традиционных нагл дны , просты по конструкции, надежны, поскольку в них отсутствуют движущиес  детали и регулирующие устройства, не требуют затрат питьевой воды на питание и

0 электроэнергии на создание потока жидкости ,, малогабаритны и поэтому могут быть использованы на лекци х и практических зан ти х в качестве нагл дных пособий, позвол ют интенсифицировать процесс обуче5 ни , т.к. занимают значительно меньше времени дл  проведени  опытов: дл  установлени  требуемого режима работы не нужны вспомогательные операции по запуску и регулированию установки, достаточно

0 ее только перевернуть.

Claims (5)

1. Формула изобретени  1.. Учебно-лабораторна  установка дл  исследовани  установившегос  напорного течени  жидкости, содержаща  прозрачные

   5 частично заполненные исследуемой жидкостью напорную емкость с воздушным каналом и расположенную под ней сливную емкость с уровнемерной шкалой, соединенную с напорной емкостью опытным кана0 . лом, входное и выходное сечени  которого наход тс  ниже входного и выходного сечении воздушного канала, отличэюща - с   тем, что, с целью улучшени  эксплуатационных свойств, установка выполнена в

   5 виде единого герметичного корпуса, разделенного перегородкой на напорную и сливную емкости, причем воздушный и сливной каналы установлены в перегородке на разной высоте и входной конец воздушного ка0 нала сообщен со сливной емкостью, а обьем жидкости в установке равен объему меньшей из емкостей.
2. 2.Установка по п. 1,отличающа с  тем, что выходные концы каналов направле5 ны по вертикали и обращены один к другому .
3. 3.Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что дополнительно содержит пьезометры , расположенные между каналами и соедин ющие их между собой.
4. 4. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а   - с   тем, что имеет расположенные р дом с одним из каналов дополнительные каналы, которые образуют решетку.
5. 5. Установка по п. 1,отличающа с  тем, что горизонтальное рассто ние между центрами выходных сечений каналов превышает рассто ние между ними по вертикали .

   /

   /

   ,5

   )л.

   СО

   Фиг.1

   и

   Фиг. 2

   К,Е

   Фиг. 3

   Фиг,Ь