Практические работы по физике тема гидравлика вода. Ульяновский государственный университет

Вид жидкости

r ,
см

W ,
см 3

ΔТ ,
К

l ,
см

ΔW ,
см 3

β Т ,
К -1

β Т * ,
К -1

Спирт

n1.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

А.И. Росляков, Л.В. Ломоносова

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам
Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ

по курсам «Гидравлика», «Гидравлика и гидромашины»,

«Основы гидравлики и гидропривода» для студентов специальностей:

ТМ–151001, ВУАС – 170104, АТ – 190603, АПХП – 240706,

МАПП–260601, ТГВ – 270109

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

Рецензент: заведующий кафедрой МАХиПП БТИ АлтГТУ

Профессор Куничан В.А.

Работа подготовлена на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция, процессы и аппараты химической технологии»

Росляков, А.И.

Лабораторный практикум по гидравлике, гидромашинам и гид-

роприводам: методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по курсам «Гидравлика», «Гидравлика и гидромашины», «Основы гидравлики и гидропривода» для студентов специальностей: ТМ –151001, ВУАС – 170104, АТ – 190603, АПХП – 240706, МАПП –260601, ТГВ – 270109 / А.И. Росляков, Л.В. Ломоносова. – Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. – 137 с.
Лабораторный практикум содержит описание правил, порядка и методики проведения лабораторных работ, иллюстрирующих основные закономерности покоя и движения жидкости, а также перечень вопросов, знание которых необходимо для усвоения разделов «Основы гидравлики и гидропривода», «Гидравлика», «Гидравлика и гидромашины» для студентов механических специальностей.

©А.И. Росляков, Л.В. Ломоносова, 2009

© БТИ АлтГТУ, 2009

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ 6

1.1 Цель работы: 6

1.3 Теоретические сведения 6

1.5 Описание установки 9

1.7 Обработка опытных данных 12

1.8 Контрольные вопросы 12

2.1 Цель работы: 15

2.3 Теоретические сведения 15

2.3.1 Режимы движения реальной жидкости 15

2.7 Обработка опытных данных 21

6.2 Подготовка к лабораторной работе: 56

ВВЕДЕНИЕ
Для успешного изучения ряда профилирующих дисциплин студентам многих химических и механических специальностей необходимо знать основные законы покоя и движения жидкостей. В дальнейшем им достаточно часто приходится применять знания основ гидравлики для инженерного решения конкретных задач. Например, инженеры-механики на предприятиях химической и смежных с ней отраслей промышленности рассчитывают и конструируют всевозможные трубопроводы, резервуары и аппараты, необходимые для перемещения, хранения и переработки жидких и газообразных продуктов, рассчитывают и регулируют режим работы насосов; инженеры-машиностроители используют гидропривод для автоматизации и механизации операций по обработке деталей, резанием и давлением, сборке и упаковке изделий, расфасовке и дозировке сыпучих и жидких продуктов. Широко применяются гидравлические машины, гидро- и пневмоприводы и в других отраслях: в водоснабжении и мелиорации, металлургии и на транспорте, в строительстве и сельском хозяйстве. Поэтому в общеинженерной подготовке студентов большинства химических и механических специальностей курс гидравлики имеет весьма важное значение. Успешному его освоению в значительной мере способствует прохождение студентами лабораторного практикума.

Цель практикума – закрепление теоретического материала по курсу гидравлики, приобретение навыков работы с контрольно-измерительными приборами и другой исследовательской аппаратурой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

(4 ЧАСА)

1.1 Цель работы:

– определить опытным путем силу гидростатического давления и ее центр давления;

– построить эпюру гидростатического давления.
1.2 Подготовка к лабораторной работе:
– изучить материал по теме данной работы в настоящем пособии;

– выучить определения основных понятий и терминов темы

Основные термины и понятия:

– абсолютный покой;

– вакуум;

– гидростатика;

– давление;

– идеальная жидкость;

– избыточное давление;

– массовые силы;

– плотность;

– поверхностные силы;

– поверхность уровня;

– равновесие;

– свободная поверхность;

– центр давления.

1.3 Теоретические сведения

Все внешние и внутренние силы, воздействующие на жидкость, непрерывно распределены либо по ее объему (массовые силы ), либо по поверхности (поверхностные ). В результате действия внешних сил внутри покоящейся жидкости возникает нормальное напряжение, равное пределу, к которому стремится отношение силы к площадке (рисунок 1.1), на которую она действует, при стремлении величины площадки к нулю, т.е. при стягивании площадки в точку

Гидростатическим давлением называются нормальные напряжения, возникающие в жидкости под действием внешних сил.

Оно характеризуется двумя свойствами:

–
гидростатическое давление в точке действует по нормали к площадке действия и направлено внутрь рассматриваемого объема жидкости, то есть является сжимающим;

– величина давления в данной точке одинакова по всем направлениям, то есть не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует.

Величина гидростатического давления (см. рисунок 1.1) зависит от глубины погружения (h ) рассматриваемой точки в объем жидкости, удельного веса жидкости  и величины давления в объеме над свободной поверхностью и подсчитывается по основному уравнению гидростатики:

, (1.1)

где  – удельный вес жидкости, равный произведению плотности на ускорение свободного падения, Н/м 3 .

Г

Рисунок 1.2 – Эпюра

гидростатического давления
рафическое изображение зависимости гидростатического давления от глубины погружения называется эпюрой давления (рисунок 1.2). Эпюра гидростатического давления, действующего на вертикальную плоскую стенку, находящуюся под напором жидкости, имеющей глубину h , строится следующим образом. За начало координат принимается точка пересечения уровня поверхности жидкости со стенкой ОА. По горизонтальной оси, совпадающей с направлением гидростатического давления, откладываются в выбранном масштабе избыточные гидростатические давления, а по вертикальной оси – соответствующие глубины жидкости h . Первую точку берут на поверхности жидкости, где h = 0 и = p а . Вторую точку – у дна, где давление

Полученные точки соединяют прямой линией. В результате получают эпюру избыточного гидростатического давления на плоскую вертикальную стенку в виде треугольника. Аналогично строится эпюра абсолютного давления. Однако на практике более важное значение имеют силы, возникающие от действия жидкости на различные стенки.

Например, сила гидростатического давления (F ) жидкости на плоскую стенку, погруженную в жидкость (см. рисунок 1.1), равна произведению площади поверхности S на величину гидростатического давления р с на глубине h c погружения центра тяжести рассматриваемой поверхности:

Таким образом, результирующая сила складывается из двух составляющих:

– силы давления в объеме над свободной поверхностью:

;

– силы F c весового давления на глубине погружения центра тяжести

.

Давление р 0 , приложенное к свободной поверхности, передается всем точкам жидкости по всему объему во всех направлениях без изменения величины (закон Паскаля), то есть одинаково в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Поэтому составляющая приложена в центре тяжести (точка С ) рассматриваемой площадки. Напротив, весовое давление (см. формулу (1.1) и рисунок 1.1) прямо пропорционально глубине погружения. Поэтому точка приложения составляющей F c (точка D ) будет находиться в центре эпюры избыточного давления (треугольника), расположенном ниже центра тяжести площадки. Величина смещения точки D относительно центра тяжести определяется по формуле

, (1.3)

где I с – момент инерции площадки S относительно оси, проходящей через ее центр тяжести, м 4 ;

h с – глубина погружения центра тяжести площадки, м;

S – площадь рассматриваемой площадки, м 2 .

Точка приложения результирующей силы F гидростатического давления находится между точками D и C .
1.4 Оборудование, технические средства и инструменты
Для проведения лабораторной работы необходимы:

– установка для проведения опыта;

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ “Лениногорский нефтяной техникум ”

Практическая работа №1

Тема :

“Гидравлические расчеты на применение основных законов гидростатики ”.

ОП 12 Гидравлика

Специальность 21.02.01. «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Специальность 21.02.02. «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Курс II

Разработал преподаватель специальных дисциплин

М. И. Брендюрева

Лениногорск, 2016

Цель работы : Уметь применять законы гидростатики для решения практических задач.

Оснащение урока : методические указания, калькуляторы, тетрадь, ручка.

Методические указания: при решении задач, сначала необходимо изучить раздел “Гидростатика” – основные понятия, вывод основного уравнения гидростатики, давление жидкости на плоские и криволинейные поверхности. Решение задач производим в соответствии со своим вариантом по списку.

Вариант 1

Задача 1

Необходимо определить избыточное давление в самой глубоководной части Мирового океана (на дне Мариинской впадины), если ее глубина h , а средняя плотность воды.

Задача 2

В резервуаре на водяной подушке хранится керосин. Слой воды высотой h 1 , слой керосина h 2 . Плотность керосина. Определить силу давления на дно.

Данные

Варианты

h + №, м

11000

9000

30 00

45 00

65 00

1040

1020

1030

1040

1035

h 1 + 0,2*№, м

0,45

h 2 , м

Кг/м 3

h , м

D + 0,3*№, м

ρ , кг/м 3

1230

1200

1250

1300

1210

ВУ + №, 0 Е

H + №, м

Р 0 , 10 5 , Па

0,15

0,18

B , м

ρ ж , кг/м 3

1100

Задача 3

Определить силу давления на дно вертикального цилиндрического резервуара, если резервуар диаметром d , заполнен нефтью до высоты h , плотность нефти 900 кг/м 3 .

Задача 4.

Условная вязкость битумной эмульсии при температуре 20 0 С ВУ 0 Е, плотность равна ρ. Определить динамическую вязкость битумной эмульсии при той же температуре.

Задача 5

h 0 , ширина стенки b , плотностью жидкости ρ ж .

Вариант 2

Задача 1

Определить избыточное давление в забое скважины глубиной h , которая заполнена глинистым раствором плотностью 1250 кг/м 3 .

Задача 2

Определить давление, которое испытывает стенка сосуда, заполненного водой, на глубине h от поверхности.

Задача 3

Прямоугольный открытый резервуар предназначен для хранения V воды. Определить силы давления на стенки и дно резервуара, если ширина дна b , а длина.

Задача 4

В резервуар залито V нефти плотностью 800 кг/м 3 . Сколько необходимо залить нефти плотностью 824 кг/м 3 , чтобы плотность смеси стала равной 814 кг/м 3 .

Задача 5

Построить эпюру гидростатического давления жидкости для вертикальной стенки, если высота смоченной поверхности Н, до половины высоты на стенку действует жидкость с плотностью ρ 1 , а на вторую половину действует жидкость с плотностью ρ 2 .

Данные

Варианты

H + №, м

H + 0,1*№, м

V + №, м 3

V + №, м 3

Н + №, м

ρ 1 , кг/м 3

ρ 2 , кг/м 3

1100

1000

1100

1200

1000

Вариант 3

Задача 1

Определить давление на внутреннюю стенку открытого канала, заполненного водой, на глубине h от поверхности, если известно, что барометрическое давление равно Р.

Задача 2

Открытый вертикальный резервуар квадратного сечения со стороной а, заполнен водой до высоты Н. Определить, полное давление воды на боковую стенку и на дно резервуара.

Задача 3

Расширяющийся к низу открытый резервуар отстойник имеет дно площадью 1 м 2 , уровень осевшей воды равен h 1 , уровень нефти h 2 . Определить силу давления на дно резервуара, если ρ Н =900 кг/м 3 , ρ В =1000 кг/м 3 .

Задача 4

При испытании прочности баллона он был заполнен водой при давлении Р. Через некоторое время в результате утечки части воды через неплотности, давление в баллоне снизилось вдвое. Диаметр баллона d , высота h . Определить объем воды, вытекший при испытании.

Данные

Варианты

h , м

Р + 10*№, мм. рт. ст.

a , м

H, м

h 1 , м

h 2 , м

Кг/м 3

Р, кгс/см 2

d , мм

H , мм

1200

1000

1200

1300

H , м

Р 0 , 10 5 , Па

0,11

0,13

0,11

0,08

0,07

B , м

ρ ж , кг/м 3

1000

1200

Задача 5

Построить эпюру гидростатического давления для плоской стенки, графически определить силу давления жидкости на стенку и место ее приложения, если высота смоченной поверхности h , давление на свободную поверхность жидкости Р 0 , ширина стенки b , плотностью жидкости ρ ж .

Вопросы для самоконтроля:

1. Объясните, что называется гидростатическим, вакуумным и избыточным давлением, в каких единицах оно измеряется.

2. Объясните, как записывается основной закон гидростатики.

3. Объясните, как определяется результирующая силы давления на плоскую стенку.

4. Объясните, как определяется результирующая силы давления на криволинейную поверхность.

Лабораторные работы по гидравлике - раздел Образование, Министерство Сельского Хозяйства Российской Федерации...

Кафедра природообустройства,

строительства и гидравлики

ОПД.Ф.03 Гидравлика

Опд.ф.02.05 гидравлика

ОПД.Ф.07.01 Гидравлика

ОПД.Ф.08.03 ГИДРАВЛИКА

ОПД.Ф.07 Гидравлика и гидромашины

ОПД.Р.03 ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

ОПД.Ф.08 ГИДРОГАЗОДИНАМИКА

Лабораторные работы по гидравлике

Методические указания

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКОСТИ

Общие сведения

В лабораторной практике и производственных условиях измеряют следующие параметры: уровень, давление и расход жидкости.

Измерение уровня. Простейшим прибором является стеклянная трубка, соединенная с нижним концом с открытым резервуаром, в котором определяется уровень. В трубке и резервуаре, как в сообщающихся сосудах, положение уровня жидкости будет одинаковым.

Широкое применение получили поплавковые уровнемеры (в топливных баках, групповых автопоилках, различных технологических резервуарах). Рабочий орган прибора – поплавок - следует за измерением уровня жидкости, и соответственно меняются показания по шкале. Механическое перемещение поплавка (первичного датчика) вверх-вниз может быть преобразовано в электрический сигнал посредством реостата или катушки индуктивности и зафиксировано вторичным прибором. В этом случае возможна дистанционная передача показаний.

Из приборов, основанных на косвенных методах определения искомой величины, наибольший интерес представляет емкостный уровнемер. В нем в качестве датчика используется металлический электрод, покрытый тонким слоем изоляции из пластмассы. Система электрод-жидкость-резервуар при подключении тока образует конденсатор, емкость которого зависит от уровня жидкости. К недостаткам емкостных датчиков относят значительную зависимость показаний от состояния изоляции электрода.

Измерение давления. По назначению различат приборы для измерения атмосферного давления (барометры), избыточного давления (манометры – при р изб >0 и вакуумметры - при р изб <0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).

По принципу действия различают приборы жидкостные и пружинные.

В жидкостных приборах измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости, высота которого служит мерой давления. Отличается простотой конструкции пьезометр, представляющий собой вертикальную стеклянную трубку, соединенную нижним концом с местом

измерения давления (рис.1.1а).

Рисунок 1.1 Жидкостные приборы:

а) пьезометр;

б) U – образная трубка

Величина давления в точке подключения определяется по высоте h подъема жидкости в пьезометре: р=rgh, где r - плотность жидкости.

Пьезометры удобны для измерения небольших избыточных давлений – порядка 0,1-0,2 ат. Функционально шире возможности у двухтрубных U – образных приборов (рис.1.1б), которые используются в качестве манометров, вакуумметров и дифференциальных манометров. Стеклянную трубку прибора можно заполнить более тяжелой жидкостью (например, ртутью). Жидкостные приборы имеют относительно высокую точность, применяются для технических измерений, а также градуировки и проверки других типов приборов.

В пружинных приборах измеряемое давление воспринимает упругий элемент (трубчатая пружина, мембрана, сильфон), деформация которого служит мерой давления. Широко распространены приборы с трубчатыми пружинами. В таком приборе нижний открытый конец трубки овального сечения (рис.1.2а) жестко закреплен в корпусе, а верхний (закрытый) конец свободен в пространстве.

Под действием давления среды трубка стремится разогнуться (если р>р ат) или, наоборот, еще более согнуться (если р<р ат). В показывающих приборах упругий элемент, перемещаясь, воздействует через передаточный механизм на стрелку и по шкале ведется отсчет измеряемого давления. В приборах с дистанционной передачей показаний механическое перемещение упругого элемента преобразуется в электрический (или пневматический) сигнал, который регистрируется вторичным прибором.

Рисунок 1.2 Пружинные приборы:

а) с трубчатой пружиной;

б) сильфонный; в) мембранный

По классу точности приборы с трубчатыми одновитковыми пружинами делят на:

Технические (для рядовых измерений – класс точности 1,5; 2,5; 4,0);

Образцовые (для точных измерений – класс точности 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0);

Контрольные (для проверки технических приоров – класс точности 0,5 и 1,0).

Класс точности указывается на циферблате прибора; он характеризует предельную ошибку прибора в % от максимального значения шкалы при нормальных условиях (t=20°C, р=760 мм.рт.ст.).

Измерение расхода. Наиболее простой и точный метод определения расхода жидкости – объемный с использованием мерного сосуда. Измерение сводится к регистрации времени Т наполнения сосуда с известным объемом W. Тогда расход Q=W/Т. В производственных условиях в качестве измерителей количества жидкости W применяют различные объемные и скоростные счетчики (крыльчатые и турбинные). Метод позволяет определить осредненные во времени значения Q.

а ) б ) в )

Рисунок 2.5 Счетчики жидкости:

а − объемный с овальными шестернями; б − ротационный;

в − скоростной с крыльчатой вертушкой

Для измерений мгновенных расходов в напорных трубопроводах применяют различные типы расходомеров (рис.1.4). Удобны для

измерений расходомеры с сужающими устройствами. Принцип действия прибора основан на создании в потоке с помощью сужающего устройства (например, диафрагмы) перепада статических напоров и его измерения дифференциальным манометром (рис.1.4б). Расход жидкости определяется по тарировочному графику Q = f(h) или по формуле:

Q = mАÖ2gh, (2.2)

где m – коэффициент расхода сужающего устройства;

h – показание дифференциального манометра;

А – постоянная расходомера;

где D – диаметр трубопровода;

d – диаметр отверстия сужающего устройства.

Рисунок 1.4 Расходомеры жидкости:

а) постоянного перепада давления (ротаметр);

б) переменного перепада давления

(с сужающим устройством – диафрагмой);

в) индукционный

Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия и эксплуатацией приборов для измерения уровня, давления и расхода жидкости; усвоить методику тарирования расходомеров.

Прядок выполнения работы

Лабораторная работа №2

Экспериментальное изучение уравнения

Бернулли

Общие сведения

Для установившегося плавно изменяющегося движения реальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид:

z 1 +, (2.1)

где z 1 , z 2 – высоты положения центров тяжести сечений 1и 2;

р 1 , р 2 – давления в сечениях;

u 1 , u 2 - средние скорости потока в сечениях;

a 1 ,a 2 - коэффициенты кинетической энергии.

С энергетической точки зрения:

z – удельная потенциальная энергия положения (геометрический напор);

Удельная потенциальная энергия давления (пьезометрический напор);

Удельная кинетическая энергия (скоростной напор).

Сумма z ++ = H выражает полную удельную энергию жидкости (полный напор).

Из уравнения (2.1) следует, что при движении реальной жидкости полный напор уменьшается вниз по течению (Н 2 <Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Уменьшение полного напора определенным образом отражается и на его составляющих – пьезометрическом и скоростном напорах. Характер изменения напоров в конкретной гидравлической системе представляет практический интерес и наглядно может быть изучен опытным путем.

Цель работы

Экспериментально подтвердить справедливость уравнения

Бернулли: установить характер изменения полного, пьезометрического и скоростного напоров при движении жидкости в исследуемом трубопроводе.

Методика опыта

Лабораторная работа может выполняться на специализированной установке и универсальном стенде.

В первом случае в контрольных сечениях экспериментального участка при установившемся движении жидкости измеряются пьезометрические и полные напоры, во втором – только пьезометрические, с последующим вычислением полных напоров.

По опытным данным строится график напоров и проводится анализ изменения вдоль потока составляющих уравнения Бернулли.

Описание опытной установки

Порядок проведения работы

Обработка опытных данных

Приводится анализ графика напоров. Дается заключение о характере изменения вдоль потока полного, пьезометрического и скоростного напоров с соответствующими пояснениями.

КонтРольные вопросы

1. В чем заключается физический смысл уравнения Бернулли?

2. Поясните понятия геометрического, пьезометрического и полного напоров?

4. Что показывают напорная и пьезометрическая линии?

5. Чем обусловлен характер изменения вдоль потока полного, пьезометрического и скоростного напоров?

6. За счет какой энергии движущейся жидкости преодолеваются гидравлические сопротивления?

Лабораторная работа №3

Изучение режимов движения жидкостей

Общие сведения

При движении жидкости в трубопроводе (канале) возможны два режима течения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный режим характеризуется слоистым, упорядоченным движением, при котором отдельные слои жидкости перемещаются относительно друг друга, не смешиваясь между собой. Струйка краски, введенная в ламинарный поток воды, не размывается окружающей средой и имеет вид натянутой нити.

Для турбулентного режима характерно неупорядоченное, хаотическое движение, когда частицы жидкости перемещаются по сложным, все время изменяющимся траекториям. Наличие в турбулентном потоке поперечных составляющих скорости обуславливает интенсивное перемешивание жидкости. Окрашенная струйка в этом случае самостоятельно существовать не может и распадается в виде завихрений по всему сечению трубы.

Опытами установлено, что режим движения зависит от средней скорости u, диаметра трубы d, плотности жидкости r и ее абсолютной вязкости m. Для характеристики режима принято использовать совокупность этих величин, составленных определенным образом в безразмерный комплекс – число Рейнольдса

где n = m/r - кинематический коэффициент вязкости.

Число Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного течения к турбулентному, называется критическим и обозначается Re кр. Следует подчеркнуть, что в силу неустойчивости течения жидкости на границе ламинарного и турбулентного режимов величина Re кр не является строго определенной. Для цилиндрических труб при движении воды с учетом условий входа потока, шероховатости стенок, наличия первоначальных возмущений Re кр =580-2000. В расчетах обычно принимают Re кр »2300.

При Re Re кр – турбулентный.

В большинстве технических приложений, связанных с движением маловязких сред (вода, воздух, газ, пар), реализуется турбулентный режим – системы водоснабжения, вентиляции, газоснабжения, теплоснабжения. Ламинарный режим имеет место в пленочных теплообменниках (при стекании конденсатной пленки под воздействием силы тяжести), при фильтрации воды в порах грунта, при движении вязких жидкостей по трубопроводам.

Цель работы

Визуальными наблюдениями установить характер движения жидкости при различных режимах; усвоить методику расчетного определения режима давления; для опытной установки определить критическое число Рейнольдса.

Описание опытной установки

Лабораторная установка (рисунок 3.1) включает напорный резервуар, трубопровод (с прозрачным участком – для визуального наблюдения), сосуд с красителем, мерный бак.

Сосуд с красителем закреплен с помощью штатива на стенке напорного резервуара и снабжен трубкой для подачи красителя в движущийся в трубопроводе поток воды. Расход задается регулирующим вентилем и определяется с помощью мерного бака.

Порядок выполнения работы

Обработка опытных данных

Анализ результатов. Выводы по работе

Приводится анализ визуальных наблюдений за характером движения жидкости при различных режимах. Отмечается значение критического числа Рейнольдса для опытной установки и результаты расчетного определения режима.

Контрольные вопросы

1. Какие режимы течения жидкости вы знаете?

2. Поясните методику опытного определения режима течения.

3. В чем принципиальное отличие турбулентного режима от ламинарного?

4. Как находится режим течения расчетным путем?

5. Дайте определение критического числа Рейнольдса.

6. Приведите примеры технических систем (устройств), в которых имеет место: а) ламинарный режим; б) турбулентный режим.

Лабораторная работа №4

Определение коэффициента гидравличсекого

Трения

Общие сведения

Равномерно движущийся в трубе (канале) поток жидкости теряет часть энергии вследствие трения о поверхность трубы, а также внутреннего трения в самой жидкости. Эти потери носят название потерь напора по длине потока или потерь напора на трение.

В соответствии с уравнением Бернулли потери напора по длине горизонтальной трубы постоянного диаметра

h дл = , (4.1)

где – пьезометрические напоры в рассматриваемых сечениях.

Опыты показывают, что потери напора по длине пропорциональны безразмерному коэффициенту l, зависят от длины l и диаметра d трубопровода, средней скорости движения u. Указанная зависимость устанавливается известной формулой Дарси-Вейсбаха

h дл = . (4.2)

Коэффициент l, характеризующий сопротивление трения, в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы D/d (здесь D - абсолютный размер выступов шероховатости). Однако влияние этих величин на коэффициент l при ламинарном и турбулентном режимах различно.

При ламинарном режиме шероховатость не оказывает влияния на сопротивление трения. В этом случае l = f(Re) и расчет выполняют по формуле

l = 64/Re. (4.3)

При турбулентном режиме влияние Re и D/d обусловлено значением числа Рейнольдса. При сравнительно малых Re, также как и при ламинарном режиме, коэффициент l является функцией только числа Рейнольдса Re (область гидравлически гладких труб). Для расчета здесь применимы формулы Г. Блазиуса при Re£10 5:

l = 0,316/Re 0.25 , (4.4)

и формула г.К. Конакова при Re£ 3×10 6:

В диапазоне умеренных чисел Рейнольдса l = f(Re,) и хорошее совпадение с опытом дает формула А.Д. Альтшуля:

При достаточно больших значениях Re (развитый турбулентный поток) влияние вязкого трения несущественно и коэффициент l = f(D/d) – так называемая область вполне шероховатых труб. В этом случае расчет можно выполнить по формуле Б.Л. Шифринсона:

Приведенные выше и другие известные эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения получены путем обработки экспериментальных графиков. Сравнивая результаты вычисления l по этим формулам с опытными значениями, можно оценить достоверность проводимых опытов.

Цель работы

Усвоить методику опытного определения коэффициента гидравлического трения; для условий проведения опыта установить зависимость коэффициента гидравлического трения от режима течения жидкости и сравнить полученные результаты с расчетами по эмпирическим формулам.

Методика опыта

Коэффициент гидравлического трения определяется косвенным методом с использованием формулы Дарси-Вейсбаха (4.2). При этом непосредственно из опыта находят потери напора h дл – по разности пьезометрических напоров в начале и конце исследуемого участка трубопровода, и скорость движения u по расходу жидкости Q.

Зависимость l = f(Re) устанавливается путем проведения опытов при различных режимах движения жидкости и построения соответствующего графика.

Описание опытной установки

Лабораторная установка (рисунок 4.1) включает напорный резервуар, экспериментальный трубопровод и мерный бак.

Экспериментальный трубопровод – горизонтальный, постоянного сечения (l = 1,2 м, d = 25 мм). На участке определения потерь напора имеются два ниппеля статического давления, которые с помощью резиновых шлангов соединены с пьезометрами. За измерительным участком смонтирован вентиль для регулирования расхода воды.

Порядок проведения работы

Обработка опытных данных

Анализ результатов. Вывод по работе

Лабораторная работа №5

Определение коэффициента местного

Сопротивления

Общие сведения

В реальных гидравлических системах движущаяся жидкость теряет механическую энергию на прямолинейных участках труб, а также в арматуре и фасонных частях, других местных сопротивлениях. Потери энергии на преодоление местных сопротивлений (так называемые местные потери напора) обусловлены частично трением, но в большей степени деформацией потока, отрывом его от стенок, возникновением интенсивных вихревых течений.

Местные потери напора определяют расчетом по формуле Вейсбаха:

h м = z м (u 2 /2g), (5.1)

где z м - коэффициент местного сопротивления; показывающий какая часть скоростного напора расходуется на преодоление сопротивления.

Величина z м в общем случае зависит от вида местного сопротивления и режима течения. Опытные значения коэффициента для квадратичной области турбулентного режима приводятся в справочных таблицах.

Цель работы

Усвоить методику опытного определения коэффициента местного сопротивления; определить опытным путем коэффициент z м для исследуемого местного сопротивления, установить зависимость его от числа Рейнольдса и сравнить полученные данные с табличными.

Методика опыта

Описание опытной установки

Установка для опытного определения коэффициента местного сопротивления (рисунок 5.1) включает напорный резервуар, трубопровод с исследуемым местным сопротивлением и мерный бак. На трубопроводе перед местным сопротивлением и за ним установлены ниппели статического давления, которые с помощью резиновых шлангов соединены с пьезометрами. Для регулирования расхода воды имеется вентиль.

Порядок проведения работы

Обработка опытных данных

Анализ результатов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Лабораторные работы ПО гидравлике

В виртуальной лаборатории

Методические указания

Утверждены редакционно-издательским

Самара 2009

Составитель В.И. Веснин

УДК 532; 621.031

Лабораторные работы по гидравлике в виртуальной лаборатории: методические указания / сост. В.И. Веснин; СГАСУ. – Самара, 2009. – 40 с.

Методические указания предназначены для студентов дневного и заочного отделений университета специальностей: 290300, 290500, 290700, 290800, 291300, 291500, 330400 при выполнении лабораторных работ по курсу «Гидравлика» (II курс, III-IV семестры очного отделения и IV курс, VII семестр заочного).

Приведены необходимые сведения для выполнения лабораторных работ по темам:

«Гидростатическое давление и закон Паскаля»,

«Уравнение Бернулли для установившегося неравномерного движения жидкости»,

«Режимы течения жидкости»,

«Гидравлические сопротивления»,

«Истечение жидкости через малые отверстия в тонкой стенке и насадки при постоянном напоре в атмосферу»,

«Гидравлический удар».

Даются контрольные вопросы к указанным лабораторным работам.

Учебное издание

Редактор Г.Ф. Коноплина

Технический редактор А.И. Непогодина

Корректор Е.М. Исаева

Подписано в печать 20.07.09.

Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч.-изд. л. Усл. печ. л. Тираж 100 экз.

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

443001 Самара, ул. Молодогвардейская, 194

Общая часть

Компьютерная версия лаборатории гидромеханики предназначена для имитационного выполнения лабораторных работ в соответствии с программой дисциплины «Гидравлика». Она включает в себя одну лабораторную установку по гидростатике и 5 установок по гидродинамике.

Виртуальная лаборатория состоит из мультипликационного изображения на экране дисплея действующих установок и математической модели изучаемого физического процесса, управляющей содержанием экрана.

Программа позволяет имитировать измерение параметров физического процесса с помощью применяемых в практике гидравлического эксперимента приборов. В процессе компьютерного эксперимента программа воспроизводит случайное отклонение измеряемого параметра, что дает возможность оценить точность измерений методами статистического анализа.

Каждая из лабораторных установок состоит из трех разделов:

1 – схема лабораторной установки, аналогичная приведенной в настоящих методических указаниях;

2 – информация о программе, описывающая методику выполнения данной работы и содержащая необходимые исходные данные, которые частично указываются на схеме;

3 – проведение эксперимента, который ведется в диалоговом режиме компьютера.

Программа позволяет проводить эксперимент в различных режимах.

• Главная
• Овощеводство