Определить расход жидкости протекающей через трубу вентури

Обновлено: 07.07.2024

Практическое пособие к лабораторным занятиям по курсу ''Гидравлика, гидропривод и гидропневмоавтоматика'' , страница 8

1. Как вычисляются потери напора в местных сопротивлениях?

2. От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления?

3. Когда становится заметным взаимное влияние местных сопротивлений?

4. Как определяются потери напора при внезапном расширении трубопровода?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА

ТРУБЫ ВЕНТУРИ.

1. Экспериментальное определение коэффициента расхода трубы Вентури.

2. Построение по опытным данным зависимости между проходящим по трубе расходом воды Q и разностью показаний пьезометров h.

Расход жидкости, газа и пара в напорных трубопроводах при установившемся движении может измеряться при помощи трубы Вентури, мерного сопла и мерной диафрагмы. Использование их основано на измерении искусственно создаваемого перепада давления, возникающего в результате сужения проходного сечения трубопровода.

Труба Вентури или, как ее иногда называют, расходомер Вентури (рис. 1), состоит из цилиндрического патрубка CD, соединенного с трубопроводом коническими вставками BC (короткая) и DE (длинная). Диаметр широких концов конических участков принимается равным диаметру трубопровода, в котором измеряется расход.

Для измерения перепада давления в суженной и широкой частях трубы Вентури применяются обычные пьезометры или дифференциальные манометры.

Зависимость между расходом жидкости в трубопроводе и перепадом давления в трубе Вентури может быть легко получена из основных уравнений гидравлики: уравнения Бернулли и уравнения неразрывности потока.

Составляя уравнение Бернулли для сечений 1 и 2 относительно горизонтальной плоскости сравнения, совпадающей с горизонтальной осью трубы, без учета потерь напора на рассматриваемом участке между выбранными сечениями, получим:

Скорость можно выразить через из уравнения неразрывности потока:

где F₁ и F₂ – площади соответствующих сечений трубы Вентури.

Тогда уравнение (1) примет следующий вид:

Обозначив , уравнение (3) запишем в виде:

С учетом выражения (4) теоретический расход в трубопроводе может быть определен по формуле:

Выражение зависит только от геометрических размеров данного расходомера. Если обозначить:

где А – константа расходомера, то выражение (5) можно записать в следующем виде:

Так как при выводе зависимости (7) потери энергии не были учтены, то действительный расход через трубу Вентури Q будет меньше теоретического расхода Q, вычисленного по формуле (7).

Отношение действительного расхода Q к теоретическому расходу Q_Т характеризует коэффициент расхода трубы Вентури m:

Окончательно формула для определения действительного расхода имеет следующий вид:

Коэффициент расхода трубы Вентури m зависит от ее размеров, материала, шероховатости поверхности и других факторов и определяется опытным путем.

Если на основании опытных данных построить график зависимости Q=f (h) то, пользуясь им, можно непосредственно находить действительный расход Q по разности показаний пьезометров h, не прибегая к формуле (9); тем самым исключая необходимость нахождения коэффициента расхода m .

Рис.1 Расходометр Вентури

Описание опытной установки и способов измерений опытных величин

Расходомер Вентури установлен на трубопроводе переменного сечения. Все размеры трубы Вентури приведены на рис. 1.

Перепад давлений в горловине расходомера и в его входной (расширенной) части измеряется при помощи пьезометров 1 и 2, смонтированных на щите.

Порядок проведения работы

1. Проверяют отсутствие воздуха в пьезометрах № 1 и 2.

2. Включают центробежный насос, подающий воду в трубопровод переменного сечения.

Расчет расхода воды

Расход воды - это объём воды, протекающей через поперечное сечение трубы за единицу времени.

Расчет расхода воды в трубе водопровода производится на основании диаметра трубы и оптимальных значений скорости жидкости в водопроводной трубе.

Формула расчета расхода воды в трубе:

q = π*d 2 *v/4000, где

q - расход воды в л/с;
d - диаметр водопроводной трубы в мм;
v - скорость воды в трубе в м/с.

После расчета расхода проверьте гидравлические сопротивления (потери напора) участка трубопровода водопровода с помощью программы гидравлического расчета водопровода.

Быстро выполнить этот инженерный расчет можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.

На этой странице представлена бесплатная программа для расчета расхода воды в трубе производится на основании диаметра трубы водопровода и оптимальных значений скорости жидкости в водопроводной трубе.

Трубка Вентури принцип работы в насосах. Описание конструкции простым языком

Центробежный самовсасывающий насос оборудован трубкой Вентури с конфузором и диффузором. Принцип работы в насосах трубки Вентури сродни насосу. Данная конструкция позволяет насосу заполнить всю всасывающую магистраль и обладает высотой подъема до 8 метров.

С помощью суженой трубы производят замеры расхода перекачиваемой жидкости, очистку газов от крупных примесей. Материал изготовления соответствует прокачиваемым средам, и противостоит агрессивному воздействию.

Трубка Вентури подробно простым языком

Допустим вода течет по трубе, в какой-то момент труба стала уже. Что же тогда произойдет? Вода продолжит течь дальше, но через сужение она потечет гораздо быстрее. Сквозь трубу протекает определенное количество жидкости, сообщаемый напором. Одинаковый объем пройдет через любой участок трубы, независимо от размера прохода, иначе трубу прорвет и вода вытечет в другом направлении. Если за секунду времени через широкий участок прошло определенное количество жидкости, то ровно столько же протечет через узкий участок. Только за четверть секунды, потому что через узкий участок трубы вода течет быстрее. Согласно эффекту Вентури, с увеличением скорости потока, давление падает.

Диффузор – сужающееся место в трубе. Здесь потенциальная энергия потока усиливается, а давление повышается.
Узкий цилиндр – равномерная часть трубы малого диаметра. Именно в нем самая низкая скорость потока. Здесь монтируют датчики для замеров скорости и давления.
Конфузор – плавно возвращающийся к прежнему диаметру участок. Струя постепенно восстанавливает прежнюю скорость.
Переходники – места сочленения Вентури с основной магистралью.

Принцип работы трубки Вентури для насосной станции

В центробежный насос Вентури вмонтирован диффузор с трубкой. Такой механизм является самовсасывающим, жидкость проходит через внутренность насоса, не возвращаясь назад при остановках вращения.

Размеры трубки Вентури в центробежном насосе:

Находящаяся внутри насоса вода устремляется через конфузор к диффузору, захватывая за собой сначала воздух, а затем и воду из всасывающей магистрали.

Принцип работы насоса Вентури при очистке газообразных потоков

Скруббер (трубный газопромыватель) для очистки газов имеет несколько сопел, через одно закачивают газ, а через второе воду. Далее среды идут в магистрали, состоящей из равномерно широкой трубы и резкого сужения в части инжектора. В самом узком месте, создающем эффект форсунки, скорость струи увеличивается в три раза и на газ попадает вода. Причем за счет турбулентности обе струи распадаются на мелкие капельки.

Лабораторная работа 9. Определение коэффициента расхода и тарировка трубы вентури

Освоить методику измерения расхода воды в трубопроводе с помощью трубы Вентури. Определить коэффициент расхода трубы Вентури. Построить тарировочную кривую трубы Вентури.

9.2 Задачи работы

определить теоретический расход;

определить действительный расход по тарировочному графику треугольного водослива;

вычислить коэффициент расхода трубы Вентури;

найти постоянную водомера;

построить тарировочный график трубы Вентури;

рассчитать коэффициент сопротивления водомера.

9.3 Краткие теоретические сведения

Для изучения расхода жидкости широкое применение получили приборы, представляющие собой дроссельные устройства, которые создают в потоке перепад давления. Если по измеренному перепаду давления из закона сохранения механической энергии потока (уравнения Бернулли):

вычислить скорость потока, то расход определится законом сохранения массы:

Если перепад давления для сечения I и II

в левой части уравнения обозначить через и определить скорость в первом сечении из уравнения расхода:

где – коэффициент сжатия потока.

Таким образом, расход определим по формуле:

называется коэффициентом расхода сужающего устройства.

Зависимость между перепадом и расходом можно представить в виде:

Выражение обозначается через С и называется постоянной расходомера.

В качестве дроссельных устройств для измерения расхода в трубопроводах применяются диафрагмы (рис. 9.1), сопла (рис. 9.2) и трубы Вентури (рис. 9.3).

Рисунок 9.1 – Диафрагма

Рисунок 9.2 – Сопло

Рисунок 9.3 – Водомер Вентури

Из приведенных схем видно, что диафрагма – наиболее простой прибор. Однако она имеет наибольшее гидравлическое сопротивление. Наиболее совершенной в отношении гидравлического сопротивления является труба Вентури.

Водомер Вентури (рис. 9.3) – (труба Вентури) состоит из цилиндрического патрубка, соединенного с трубопроводом коническими вставками конфузором 1 и диффузором 2.

Диффузор обычно делается удлиненным, что позволяет избежать резкого расширения потока и потерь на удар, по сравнению с диафрагмой.

Принцип работы трубы Вентури основан на создании искусственного перепада давлений при сужении проходного сечения трубы. Для измерения перепада давления в суженной и входной широкой частях трубы Вентури применяются обычные пьезометры. Для трубы Вентури можно принять , , . В этом случае:

Так как потери энергии не были учтены, то действительный расход через трубу Вентури будет меньше теоретического расхода , вычисленного по формуле. Окончательная формула для определения действительного расхода

Коэффициент расхода изменяется от 0,6 до 1 и зависит от геометрических размеров, материала трубы и других факторов и может быть определен как теоретическим, так и опытным путем.

Для опытного определения коэффициента расхода и какого-либо расходомера необходимо наличие расходомера, у которого коэффициент известен или известна тарировочная кривая, или расход может быть замерен точно (объемным способом), т. е. наполнением бака за определенное время.

Приборы, размеры которых или способ установки не удовлетворяют стандартам, перед использованием необходимо тарировать. В результате тарировки получают значение коэффициентов или С.

Если на основании опытных данных построить тарировочную кривую , то, пользуясь ею, можно непосредственно находить действительный расход по разности показаний пьезометров , не прибегая к формуле и тем самым исключить необходимость определять коэффициент расхода .

Примеры практического применения уравнения д. Бернулли Трубы Вентури

Уравнение Д. Бернулли является основным законом установившегося движения жидкости. Оно позволяет рассмотреть и понять работу ряда устройств, действие которых основано на использовании этого важнейшего закона. Рассмотрим некоторые из устройств: трубы Вентури, гидродинамические трубки, насосы и карбюраторы.

Трубы Вентури предназначены для использования в качестве служащих устройств расходомеров переменного перепада давления при измерении расхода жидкости в напорных трубопроводах (рис. 26).

Труба Вентури состоит из входного цилиндрического патрубка 1, входного конуса (конфузора) 5, цилиндрической горловины 6 и длинного диффузора 7.

Для отбора давления к кольцевым камерам 2 и 8 присоединяются пьезометры 3 и 4. В свою очередь кольцевые камеры сообщаются с потоком жидкости через ряд отверстий 9, выполненных по окружности.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода в напорных трубопроводах кроме труб Вентури используются диафрагмы и сопла.

Рис. 26. Схема трубы Вентури: 1 - входной патрубок; 2, 8 - входной патрубок; 3 - пьезометр №1; 4 - пьезометр №2; 5 - входной конус (конфузор); 6 - горловина; 7 - диффузор; 9 - отверстие для отбора давления;

- длина участков; и- диаметры.

При выборе типа сужающего устройства надо иметь в виду, что наибольшее гидравлическое сопротивление имеет диафрагма, а наименьшее – труба Вентури.

Перепад давления в сужающих устройствах в производственных условиях измеряется обычно дифференциальными ртутными манометрами, а в лабораторных - пьезометрами.

Метод измерения расхода основан на том, что поток жидкости, протекающей в трубопроводе, неразрывен и, если в одном месте трубы с помощью какого-либо сужающего устройства уменьшить поперечное сечение, то скорость потока на этом участке должна соответственно увеличиться.

Полная энергия жидкости, представляющая собой сумму потенциальной энергии (выраженной величиной давления), и кинетической энергии (выраженной величиной скорости), является, согласно закону сохранения энергии, постоянной, если пренебречь потерями. Тогда при протекании жидкости происходит частичный переход потенциальной энергии в кинетическую. В связи с этим статическое давление в суженном сечении будет меньше давления перед местом сужения.

Разность давлений перед суженным участком трубопровода и в месте его сужения называется перепадом давления. Перепад давления тем больше, чем больше скорость жидкости. Следовательно, перепад давления может служить мерой расхода жидкости.

Зависимость между расходом и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли. Для этого выберем на рис. 26 два сечения: сечениеперед входом в сужающее устройство в том месте, где еще нет его влияния на характер потока (т.е. во входном патрубке 1); сечение– в месте наибольшего сжатия потока (т.е. в горловине 6).

Примем, что плоскость сравнения проходит через ось трубы (следовательно,). Пренебрегая величиной потерь напора,, и неравномерностью распределения скоростей в потоке, для горизонтально установленного водомера уравнение Бернулли (74) запишем в следующем виде:

, (76)

Из полученного уравнения (76) следует, что с увеличением скорости движения давление уменьшается и, наоборот, с уменьшением скорости давление увеличивается. Это положение и используется в водомере Вентури, где по разности показаний пьезометров , зная диаметры и, можно определить расход.

Выражение (76) можно переписать в следующем виде:

(77)

где - разность уровней жидкости в пьезометрических трубках, присоединенных к сечениями,м.

Из уравнения неразрывности потока следует, что

, (78)

Отсюда ,. Подставив значенияив выражение (77), получим

, (79)

где - постоянная водомера заданной конструкции и размеров.

Следовательно, зная разность показаний пьезометров, можно определить расход напорного потока жидкости.

Если учесть потери энергии, которыми мы пренебрегали в начальный период, то в полученную формулу (79) следует ввести коэффициент расхода , учитывающий эти потери;.

Окончательно формулу (79) перепишем в виде

. (80)

Примеры практического применения уравнения д. Бернулли Трубы Вентури

Рис. 26. Схема трубы Вентури:

1 - входной патрубок; 2, 8 - входной патрубок; 3 - пьезометр №1;

4 - пьезометр №2; 5 - входной конус (конфузор); 6 - горловина; 7 - диффузор; 9 - отверстие для отбора давления;

- длина участков; и - диаметры.

Зависимость между расходом и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли. Для этого выберем на рис. 26 два сечения: сечение перед входом в сужающее устройство в том месте, где еще нет его влияния на характер потока (т.е. во входном патрубке 1); сечение – в месте наибольшего сжатия потока (т.е. в горловине 6).

Примем, что плоскость сравнения проходит через ось трубы (следовательно, ). Пренебрегая величиной потерь напора, , и неравномерностью распределения скоростей в потоке , для горизонтально установленного водомера уравнение Бернулли (74) запишем в следующем виде:

, (76)

Выражение (76) можно переписать в следующем виде:

(77)

где - разность уровней жидкости в пьезометрических трубках, присоединенных к сечениям и ,м.

Из уравнения неразрывности потока следует, что

, (78)

Отсюда , . Подставив значения и в выражение (77), получим

, (79)

где - постоянная водомера заданной конструкции и размеров.

Следовательно, зная разность показаний пьезометров, можно определить расход напорного потока жидкости.

Водомер Вентури

Расход в трубопроводе можно измерить с помощью водомера Вентури, представляющего собой вставку меньшего диаметра с плавным входом и выходом (рис.44).

Рисунок 44 – Водомер Вентури

В суженной части диаметром d₂ скорость увеличивается, а давление и пьезометрическая высота = h₂ уменьшаются по сравнению с давлением и пьезометрической высотой до сужения = h₁. Зависимость между объёмным расходом Q и разностью h₁ - h₂ = Dh можно получить с помощью уравнения Бернулли и уравнения расхода. Расчётные сечения выберем до сужения 1-1 и в суженной части 2-2. Ввиду небольшого расстояния между сечениями и плавного сужения потери напора Dh_пот между этими сечениями будут незначительными и в первом приближении ими можно пренебречь. Если труба горизонтальна, то z₁ = z₂ и уравнение Бернулли примет вид

h₁ + a₁ × = h₂ + a₂ × .

С учетом того, что средняя скорость в сечении v из уравнения неразрывности течения равна отношению расхода Q к площади живого сечения потока w (v = ) и, принимая a₁ = a₂ = 1, получим:

h₁ - h₂ = .

Для круглой трубы w = и тогда расход можно вычислить по формуле:

Q = = × = B × ,

где В – постоянная величина для каждого водомера.

В = = × .

Фактический расход Q_ф будет несколько меньше из-за потерь напора:

Q_ф = m × Q,

где m = тарировочный коэффициент (коэффициент расхода), значение которого меньше единицы. Обычно m = 0,95…0,97.

Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройстве

Расходомеры переменного перепада давления

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода.

В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры.

Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен

где — давление на входе в сужающее устройство; — давление на выходе из него.

Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1) поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2) поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3) фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).

Рис.5.78. Расходомеры переменного перепада давления:

а — структура потока проходящего через диафрагму; б — распределение статического давления р вблизи диафрагмы по длине трубопровода; / — сужающее устройство (диафрагма); 2 — импульсные трубки; 3 — -образный дифманометр; — сечение потока вещества, в котором не сказывается возмущающее воздействие диафрагмы; — сечение потока вещества в месте его наибольшего сжатия; в — сопло; г — сопло Вентури

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов, пара широко применяются стандартные сужающие устройства. К ним относят стандартную диафрагму, сопло ИСА 1932, трубу Вентури и сопло Вентури.

Стандартная диафрагма (далее — диафрагма) — диск с круглым отверстием, имеющий острую прямоугольную входную кромку.

Сопло ИСА 1932 (далее — сопло) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе плавно сужающийся участок с профилем, образованным двумя сопрягающимися дугами, переходящий в цилиндрический участок на выходе, называемый горловиной (рис. 78, в).

Расходомерная труба Вентури (далее — труба Вентури) — СУ с круглым отверстием, имеющее на входе конический сужающийся участок, переходящий в цилиндрический участок, соединенный на выходе с расширяющейся конической частью, называемой диффузором.

Вентури — труба Вентури с сужающимся входным участком в виде сопла ИСА 1932 (рис. 78, г).

Эти наиболее изученные средства измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара могут применяться при любых давлениях и температурах измеряемой среды.

Установим диафрагму в трубопроводе так, чтобы центр ее отверстия находился на оси трубопровода (рис. 78, а). Сужение потока вещества начинается до диафрагмы, на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает своего минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения. На рис. 78, б изображено распределение давлений вдоль стенки трубопровода (сплошная линия), а также распределение давлений по оси трубопровода (штрихпунктирная линия). Давление потока около стенок трубопровода после СУ не достигает своего прежнего значения на величину — безвозвратной потери, обусловленной завихрениями, ударом и трением (затрачивается значительная часть энергии).

Отбор статических давлений и возможен с помощью соединительных импульсных трубок 2, вставленных в отверстия, расположенные до и после диафрагмы / (рис. 78, а), а измерение перепада давления возможно с помощью какого-нибудь измерителя перепада давления (в данном случае -образного дифманометра 3).

Сопло (рис. 78, в) конструктивно изготовляется в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает практически полное сжатие потока вещества и поэтому площадь цилиндрического отверстия сопла может быть принята равной минимальному сечению потока, т. е. . Характер распределения статического давления в сопле по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы. Такой же и отбор давлений и до и после сопла, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури (рис. 78, г) конструктивно состоит из цилиндрического входного участка; плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок; из расширяющейся конической части — диффузора. Сопло Вентури благодаря диффузору обладает меньшей потерей давления, чем диафрагма и сопло. Характер распределения статического давления в сопле Вентури по длине трубопровода такой же, как и у диафрагмы и сопла. Отбор давлений и осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий.

Теперь уравнение объемного расхода для несжимаемой жидкости принимает вид:

С учетом введения поправочного коэффициента е, учитывающего расширение измеряемой среды, окончательно перепишем уравнение:

Для несжимаемой жидкости поправочный коэффициент е равен единице, при измерении расхода сжимаемых сред (газа, пара) поправочный коэффициент и определяется по специальным номограммам.

Трубы Вентури

Трубы Вентури предназначены для использования в качестве сужащих устройств расходомеров переменного перепада давления при измерении расхода жидкости в напорных трубопроводах (рис. 26).

- длина участков; и - диаметры.

Метод измерения расхода основан на том, что поток жидкости, протекающий в трубопроводе, неразрывен и, если в одном месте трубы с помощью какого-либо сужающего устройства уменьшить поперечное сечение, то скорость потока на этом участке должна соответственно увеличиться.

Зависимость между расходом и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли. Для этого выберем на рис. 26 два сечения: сечение перед входом в сужающее устройство в том месте, где еще нет его влияния на характер потока (т.е. во входном патрубке 1); сечение – в месте наибольшего сжатия потока (т.е. в горловине 6).

Примем, что плоскость сравнения проходит через ось трубы (следовательно, ). Пренебрегая величиной потерь напора, , и неравномерностью распределения скоростей в потоке , для горизонтально установленного водомера уравнение Бернулли (74) запишем в следующем виде:

Выражение (76) можно переписать в следующем виде:

где - разность уровней жидкости в пьезометрических трубках, присоединенных к сечениям и , м.

Из уравнения неразрывности потока следует, что

Отсюда , . Подставив значения и в выражение (77), получим

где - постоянная водомера заданной конструкции и размеров.

Следовательно, зная разность показаний пьезометров, можно определить расход напорного потока жидкости.

Читайте также: