2. Визначення витрати рідини за допомогою діафрагми

іафрагма відноситися до витратомірів змінного перепаду статичних напорів і є місцевим звуженням опір. У місці розташування діафрагми відбувається деформація потоку її гострими кромками, що супроводжується перебудовою закону розподілу швидкостей та утворенням зон, заповнених вихровими масами рідини (рис.1.4).

Різниця статичних напорів дорівнює різниці висот рівнів рідини в п'єзометрах, встановлених у перерізах 1 і 2, і має певну функціональну залежність з витратою рідини. Вигляд цієї залежності можна встановити, записавши рівняння Бернуллі для перерізів потоку 1 і 2. У результаті отримаємо:

. (1.9)

При цьому коефіцієнтkдорівнює:

, (1.10)

де

- коефіцієнт витрати;S0 - площа прохідного перерізу діафрагми.

У свою чергу, коефіцієнт

залежить від конструктивних особливостей діафрагми і каналу, яким тече рідина, режиму течії та ін.

У лабораторній роботі знімають показання п'єзометрів до (h1) і після (h2) діафрагми, потім знаходять їх різницю

=h1 –h2 і обчислюють витрату за формулою (1.9), вважаючи коефіцієнтkрівним 145 (у цьому випадку одиницею вимірювання витрати є см 3 /с при підстановці

в див.).

Діафрагма є конструктивно найбільш простим приладом зі списку пристроїв, що звужують, для вимірювання витрати, проте внаслідок істотного гідравлічного опору викликає більш значні втрати напору в порівнянні, наприклад, з трубою Вентурі. Крім того, гостра кромка отвору діафрагми швидко зношується, що спричиняє зміну коефіцієнтаk.

* Для знаходження витрати також можна скористатися графічною залежністю (тарирувальною кривоюдіафрагми)Q=Q(h), яка представлена на стенді.

3. Визначення витрати за допомогою ротаметра

Ротаметр відноситься до витратомірів обтікання. Він є скляною трубкою, всередині якої переміщається поплавець (рис.1.5).

На поплавок діють такі силові чинники:

гравітаційна силаmg(не змінюється в залежності від витрати і властивостей рідини, що пропускається: щільності, в'язкості);

архімедова (виштовхувальна) силаRарх (залежить від маси рідини, витісненої поплавком);

гідродинамічна сила, обумовлена потоком рідини, що рухається з певною швидкістю. Ця сила залежить від форми поплавця (ступеня його обтікання), в'язкості рідини, адгезійних властивостей поверхні поплавця (ступеня «прилипання» рідини до матеріалу поплавця) та інших факторів, що важко враховуються.

Роздільна виділення всіх перелічених вище силових чинників важко і недоцільно. Дійсно, незалежність гравітаційної та архімедової сил від витрати означає, що те чи інше положення поплавця визначатиметься лише гідродинамічною силою, яка у свою чергу залежить від витрати, що проходить через ротаметр. Отже, знаючи положення поплавця в трубці ротаметра, можна визначити витрату рідини. У лабораторній роботі дана залежність визначається за тарировочною кривоюQ=Q(h),деh–висота підняття поплавця.

Внутрішня поверхня трубки ротаметра має форму правильного конуса*, а поплавець – форму циліндра. Тим самим різні положення поплавця щодо трубки відповідатимуть різним прохідним перерізам ротаметра. ___________________________________________________________

*Щоб отримати найбільш просту – близьку до лінійної –залежність між висотою підйому поплавця та площею щілини, застосовується конічна форма трубки ротаметра. Кут конусності зазвичай становить 05-55 град.

Зі зростанням витрати рідини збільшується гідродинамічна сила, що діє на поплавець, що призводить до переміщення поплавця вгору і, отже, збільшення площі кільцевого перерізу між поплавцем і трубкою. З іншого боку, збільшення цієї прохідної площі призводить до зниження перепаду тисків, що діють на поплавок, і, отже, до його переміщення у напрямку зменшення прохідної площі щілини.

Тим самим, для кожного значення витрати буде місце таке положення поплавця, при якому врівноважуються силові фактори, що діють на відкриття і закриття кільцевої щілини.