Исследование преобразования форм энергии струи

Цель работы: повышение уровня знаний о движении жидкости в трубопроводах, о преобразовании кинетической и потенциальной форм энергии в них.

Задачи работы:

1. Убедиться на опыте в переходе кинетической энергии потока в потенциальную и обратно.

2. Оценить полноту преобразования форм энергии и связанные с этим гидравлические сопротивления.

3. Вычислить параметры преобразования форм энергии на отдельных участках экспериментального трубопровода и сравнивать результаты с экспериментальными данными.

Теоретические основы

Для реальной жидкости, уравнение Бернулли имеет вид:

,

где r – плотность жидкости, кг/м³;

V - скорость движения жидкости, м/с;

Р - статическое давление, Па;

h - нивелировочная высота жидкостной струи над уровнем её отсчета, м;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

D Р_n - потери давления, на рассматриваемом участке, Па;

a - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кариолиса), определяемый различиями средних по сечению местных скоростей течения жидкости.

Уравнение Бернулли называют также основным уравнением гидро­динамики, его физический смысл следующий: «Давление жидкости, текущей по трубе, больше там, где скорость движения жидкости меньше, и обратно: давление меньше там, где скорость движения жидкости больше» [18, с. 350 – 352]. Этот закон назван по имени швейцарского физика и математика Даниила Бернулли (1700 – 1782).

Часто уравнение Бернулли записывают в несколько измененном виде:

,

где – скоростная высота столба жидкости, являющаяся мерой скоростного напора струи жидкости, м;

– пьезометрическая высота столба жидкости в струе, характеризующая статическое давление, м;

h – нивелировочная высота струи над нулевым уровнем отсчета;

Н – полная гидравлическая высота (полное давление в жидкости), м.

Это выражение читается так: «Полная гидравлическая высота столба жидкости, характеризующего его полное давление, складывается из суммы скоростной, статической и нивелировочной высоты и не изменяется при течении идеальной жидкости». Полная механическая энергия жидкости не исчезает, а лишь перераспределяется между указанными тремя составляющими. Если скоростной напор потока перевести в статическое давление путем торможения струи, то давление в этом месте будет равно полному давлению, представленному в виде формулы:

. (13.1)

В горизонтально расположенной трубе, во всех сечениях которой нивелировочная высота одинакова, она суммируется с константой в правой части уравнения (13.1). В этом случае разность полного и статического давлений равна динамическому напору, т.e.

P*– P_о.= . (13.2)

Все три составляющие полного давления равноправны в его создании. В частности, машины для повышения давления (насосы) могут увеличивать любую из этих составляющих.