Описание устройства № 4

Устройство № 4 содержит баки 1 и 2, сообщаемые через опытные каналы переменного 3 и постоянного 4 сечений (рис. 6.1). Каналы соединены между собой равномерно расположенными пьезометрами I-V, служащими для измерения пьезометрических напоров в характерных сечениях. Устройство заполнено подкрашенной водой. В одном из баков предусмотрена шкала 5 для измерения уровня воды.

При перевертывании устройства благодаря постоянству напора истечения Н_О во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

Рис. 6.1. Схема устройства № 4:

1,2 — баки; 3,4 — опытные каналы переменного и постоянного сечения; 5 — уровнемерная шкала; I-V — пьезометры.

Порядок выполнения работы

• 1. При заполненном водой баке 2 (рис. 6.1) перевернуть устройство для получения течения в канале переменного сечения 3.
• 2. Снять показания пьезометров H_П=Р/(g) по нижним частям менисков воды в них.
• 3. Измерить время t перемещения уровня в баке на произвольно заданную величину S.
• 4. По размерам А и В поперечного сечения бака, перемещению уровня S и времени t определить расход Q воды в канале, а затем скоростные Н_К и полные Н напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице 6.1.

Таблица 6.1

А =… см; В =… см; S =… см; t =… с; Q = ABS / t =… см³/с.

• 5. Вычертить в масштабе канал с пьезометрами (рис. 6.2). Соединив уровни жидкости в пьезометрах и центром выходного сечения VI, получить пьезометрическую линию 1, показывающую изменение потенциальной энергии (давления) вдоль потока. Для получения напорной линии 2 (линии полной механической энергии) отложить от оси канала полные напоры Н и соединить полученные точки.
• 6. Проанализировать изменение полной механической Н, потенциальной Р/(g) и кинетической V²/(2g) энергий жидкости вдоль потока; выяснить соответствие этих изменений уравнению Бернулли.

Рис. 6.2. Иллюстрация уравнения Бернулли:

1, 2 — пьезометрическая и напорная линии; Н₁, Н₂ — полные напоры (механические энергии) на входе и выходе из канала; h_ТР, h_д1, h_д2, h_ВС, h_Р, h_С — потери напора: суммарные, по длине на 1^ом и 2^ом участках, на внезапное сужение, на плавные расширения и сужения.