VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время существует множество способов и установок для воспроизведения и измерения расхода жидкости [1 – 3]. Но основный их недостаток в сложности технической реализации и неоправданно повышенной сложности проведения эксперимента.

Авторы предлагают новые способ и устройство для воспроизведения расхода жидкости, которые будут использоваться при исследованиях волоконно-оптических датчиков расхода жидкости, воспринимающий элемент которых будет располагаться в трубе в зоне протекания жидкости.

Предлагаемый способ воспроизведения параметров жидкостных потоков заключается в том, что через трубу известного поперечного сечения пропускают жидкостный поток, скорость которого (а соответственно и другие параметры) определяют по изменению уровня жидкости в емкостях на входе или выходе трубопровода за фиксированный период времени.

На рисунке 1 представлена упрощенная конструктивная схема устройства для реализации предлагаемого способа воспроизведения параметров жидкостных сред.

Рисунок 1 - Упрощенная конструктивная схема устройства для воспроизведения параметров жидкостных сред

Устройство содержит трубопровод 1, через который протекает жидкость, емкость 2 со шкалой, отградуированной по высоте в значениях уровня жидкости, емкость для слива 3, также со шкалой, отградуированной по высоте в значениях уровня жидкости, шланги 4 и 5, с помощью которых емкости соединяются с трубопроводом, насос 6, таймер 7, соединенный с пусковым устройством насоса.

Насос 6 размещен на дне прозрачной ёмкости 2 с жидкостью, уровень который равен H1 (определяется по шкале). Концы шлангов 4 и 5 опущены в емкости 2 и 3 соответственно. Другие концы шлангов 4 и 5 герметично соединены с разных сторон с трубопроводом 1.

Устройство работает следующим образом: при включении насоса 6, таймер начинает отсчет времени , при выключении прекращает работу, отрезок времени определяется, как:

,

(1)

где , - время начала и окончания проведения эксперимента соответственно.

Перед началом измерений фиксируется уровень . В конце измерений в момент времени фиксируется уровень .

Скорость потока определяется по формуле:

,

(2)

где , - начальное и конечное значение уровня жидкости соответственно.

Сила потока имеет зависимость от скорости и массы:

.

(3)

Давление можно определить по формуле (4) как отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности:

,

(4)

где - сила, , - площадь, .

,	(5)
.	(6)

На основании второго закона Ньютона имеем значения следующих выражений (5), (6):

Из формулы, определяющей плотность , выразим массу (7):

,

(7)

где - объем, .

По формуле (8) найдем объем:

,

(8)

где - площадь поперечного сечения трубопровода, ,

H – уровень (высота) жидкости, ,

- внутренний диаметр трубопровода, .

Тогда подставив в выражение (7) значение объема (8), можно вычислить массу по формуле (9):

.

(9)

Таким образом, из проведенных математических расчетов следует, что силу потока жидкости можно определить по формуле (10):

.

(10)

Тогда, если на пути потока установить воспринимающий элемент, то

,

(11)

где S_ВУ - площадь воспринимающего устройства, ,

Таким образом, используя предлагаемую установку, можно, зная уровни ,, время , , конструктивные параметры трубопровода (внутренний диаметр), определить скорость и силу потока, а зная площадь воспринимающего элемента S_ВУ - давление и, соответственно, расход жидкостного потока.

Предлагаемое техническое решение отличается простой технической реализации.

Библиографический список

1. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1972.- 544с.

2. Ширко И. В., Якушев В. Л. Физически и геометрически нелинейные деформации оболочек вращения // Изв. АН СССР. МТТ. 1975. № 6. С. 103–109.

3. Web.: http://phyart-pascal.narod.ru/gidrostaticheskoedavlenie.html - Гидростатическое давление.

Код для цитирования: Скопировать