Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей



страница1/5
Дата03.07.2014
Размер0.54 Mb.
ТипМетодические указания
  1   2   3   4   5
ПСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Теории механизмов и машин "

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


к лабораторным работам

по гидравлике

для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей

Промышленное и гражданское строительство″,

Автомобили и автомобильное хозяйство″

Псков

2012 г.

Оглавление


1.
2.

3.
4.

Введение

Описание экспериментальной установки для проведения лабораторных работ по курсу гидравлики …………………………………………...

Лабораторная работа №1

Изучение режимов движения жидкости ………………………………….

Лабораторная работа №2

Изучение потерь напора по длине при равномерном движении жидкоти ………………………………………………………….…………………

Лабораторная работа №3

Определение коэффициентов местных сопротивлений …………………

Лабораторная работа №4

Построение по опытным данным напорной и пъезометрической линий для трубопровода …………………………………………………………..

Список рекомендуемой литературы ………………………………………



3
6

11
18

29

35



Введение

Описание экспериментальной установки для проведения лабораторных работ по курсу гидравлики

Экспериментальная установка состоит из двух опытных трубопроводов ОТ1 и ОТ2, нескольких ёмкостей (баков) Б1…Б5, систем подачи и слива воды, а также комплекса измерительных приборов (расходомер Вентури, гидродинамический расходомер, пъезометры 1…14) для определения расхода воды и пъезометрических напоров (рис. 1).

Вода из водопроводной сети поступает в бак Б1, который служит для накопления жидкости при её дальнейшем использовании для проведения опытных исследований. Далее центробежным насосом Н она подаётся в напорный бак Б2, где поддерживается постоянный уровень для обеспечения установившегося движения жидкости в опытных трубопроводах.

Мерные бачки Б3 и Б4 служат для измерения объёма воды, вытекающей за определенный отрезок времени t из опытного трубопровода (время замеряется по секундомеру). Определение объёма жидкости в мерных бачках осуществляется по отметкам на водомерных трубках ВТ1 и ВТ2. Поворотный рычаг ПР служит для направления течения жидкости в один из мерных бачков. При использовании бачка Б4 вода поступает на слив при открытии крана К7.
При использовании бачка Б3 и открытом кране К6 вода циркулирует в системе по направлению: бачок Б3 → бак Б1 → насос Н → бак Б2 → опытный трубопровод ОТ2 → бачок Б3. Такая циркуляция приводит к упрощению работ при проведении опытных исследований (нет необходимости периодически подавать воду в бак Б1) и значительной экономии водных ресурсов.

Угол открытия крана К1 визуально определяет режимы течения жидкости (ламинарный или турбулентный) в стеклянной трубе СТ опытного трубопровода ОТ1. Подкрашенная жидкость подводится к стеклянной трубе, имеющей плавно скругленный вход, от малого бачка МБ при открытии краника Кр. Слив подкрашенной воды в канализацию из бачка Б4 происходит при открытии крана К7.

Опытный трубопровод ОТ2, представляющий собой три последовательно соединенных друг с другом горизонтально расположенных трубы разного диаметра, оборудованных различными местными сопротивлениями и открытыми в атмосферу пьезометрами 1…14, служит для изучения потерь напора по длине и определения коэффициентов местных сопротивлений. Вода из напорного бака Б2 поступает в опытный трубопровод ОТ2 при открытии крана К3. Кран К2 служит для регулирования расхода жидкости при проведении опытных исследований. Для определения температуры воды на трубопроводе установлен термометр Т, в зависимости от значения которого определяется вязкость жидкости. Местными сопротивлениями являются кран К4, поворот трубы, а также расширение и сужение трубопровода. Уровень воды в баке Б1 не должен превышать определенного уровня, отмеченного на водомерной трубке ВТ4 этого бака.

26.jpg

Рис.1. Экспериментальная установка для проведения лабораторных работ по курсу гидравлики

31.jpg

Рис.2. Конструкция напорного бака Б2

Горизонт воды в напорном баке поддерживается на постоянной отметке благодаря холостому сливу СХ, откуда вода поступает в бак Б1 (рис. 2). Для гашения энергии жидкости, подаваемой насосом в напорный бак Б2, служит перегородка с отверстиями, обеспечивающая достаточную плавность подвода жидкости к опытному трубопроводу. Плавность подвода особенно важна при исследовании режимов течения жидкости.

Определение расхода воды осуществляется как с помощью мерных бачков Б3 и Б4 (объёмный способ определения расхода), так и с помощью трубки Вентури (расходомер Вентури). Трубка Вентури – это прибор для измерения расхода жидкости (рис. 3). Он представляет из себя плавно сужающуюся и расширяющуюся цилиндрическую вставку (трубку переменного сечения 1), установленную в опытном трубопроводе ОТ2. В расширенной и в суженной частях расходомера установлены пъезометры 2. Значение расхода определяется по перепаду высот h в этих пъезометрах. Применение трубки Вентури при проведении опытных исследований значительно упрощает определение расхода, и позволяет увеличить объём лабораторных исследований в рамках одной работы.

32.jpg

Рис. 3. Расходомер Вентури: 1 – трубка переменного сечения;

2 – пъезометры; 3 – измерительная шкала

Бак Б5 служит для проведения опытов по изучению истечения жидкости через отверстие, а также для изучения гидростатического давления.

Данная опытная установка позволяет проводить несколько различных лабораторных опытов по гидростатике и гидродинамике. Более подробно порядок проведения того или иного опыта описан в соответствующем разделе этого издания.

Лабораторная работа № 1

Изучение режимов движения жидкости
1.1. Цель работы

Целью представленной работы является визуальное наблюдение устойчивых режимов движения жидкости и экспериментальное определение чисел Рейнольдса, соответствующих указанным режимам движения.

Проведение данной работы даёт более ясное представление о физической сущности тех явлений, которые происходят при двух качественно различных режимах движения жидкости. Кроме того, проводимые опыты содействуют приобретению навыков экспериментального определения расхода (объёмным способом) и средней скорости движения воды.

1.2. Общие сведения

Существуют два принципиально различных режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Впервые различия ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости наблюдал немецкий инженер - гидротехник Г. Хаген в 1839 году. В 1880 году Д. И. Менделеев в работе ″О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании″ отметил зависимость сил трения от скорости движения при различных режимах движения жидкости. Наиболее полно этот вопрос исследовал английский физик О. Рейнольдс в 1883 году. Он наблюдал за движением жидкости в стеклянной трубе, вводя в поток подкрашенную жидкость при помощи тонкой трубки. В одних случаях подкрашенная жидкость двигалась практически прямолинейно (поперечное перемешивание жидкости отсутствовало), в других случаях наблюдалось беспорядочное перемешивание частиц жидкости. Интенсивное поперечное перемешивание частиц жидкости может происходить только в результате изменений во времени (пульсаций) векторов местных скоростей в потоке.

Движение жидкости, при котором отсутствуют изменения (пульсации) векторов местных скоростей, называют ламинарным (от латинского слова ″lamina″ – слой). Жидкость при этом рассматривается как совокупность отдельных слоёв, движущихся с разными скоростями, не перемешиваясь друг с другом. Движение жидкости, при котором происходят изменения (пульсации) векторов местных скоростей, приводящие к перемешиванию жидкости, называют турбулентным (от латинского слова ″turbulentus″ – беспорядочный, хаотичный).

Исследование течений жидкости в круглой трубе, проведённое О. Рейнольдсом в 1883 году, было документировано не фотографиями, а рисунками. Благодаря сохранившейся экспериментальной установке в Манчестерском университете, столетием позже была сделана серия фотографий исследования течения жидкости (рис. 4).
27.jpg

Рис. 4. Режимы течения жидкости: а) – устойчивый ламинарный;

б) – переходный (область неустойчивых режимов); в) - турбулентный

Для практического применения важно уметь определять режим движения жидкости без непосредственного (визуального) наблюдения за характером движения её частиц. Критерием, позволяющим определить режим движения жидкости без непосредственного наблюдения, является безразмерное число Рейнольдса Re:

Re = , (1.1)

где V – средняя скорость течения жидкости, м/с; - характерный размер потока; ν – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с.

В случае круглых напорных труб в качестве характерного размера потока принимают внутренний диаметр d трубы (в остальных случаях – гидравлический радиус R или глубину жидкости h в открытом канале, русле). Поэтому число Рейнольдса имеет индекс, указывающий выбранную характерную линейную величину. Для круглых напорных труб число Рейнольдса записывается в виде:

Red = . (1.2)

Опытами установлено, что устойчивое ламинарное движение жидкости в круглых трубах с обычно встречающейся шероховатостью наблюдается при Red < 2000…2300. При Red > 8000…12000 в обычных условиях имеет место турбулентный режим движения жидкости. При 2000…2300 < Red < 8000…12000 возможен как ламинарный, так и турбулентный режим (область неустойчивых режимов). Практически считают, что при Red < 2300 имеет место ламинарный режим движения жидкости, а при Red > 2300 -турбулентный. Одной из задач данной работы является определение критического числа Рейнольдса (Red)к, которое может находиться в пределах от 1000 до 2300 (критическим число Рейнольдса является при переходе турбулентного режима движения жидкости в ламинарный и наоборот).

Как видно из формулы (1.2), режим течения жидкости зависит от:

- скорости движения жидкости V;

- плотности жидкости ρ и динамической вязкости μ (кинематическая вязкость ν = μ/ρ);

- температуры жидкости t,ºС (от температуры зависит значение кинематической вязкости ν);

- линейных размеров (площади поперечного сечения потока S).

Помимо выше перечисленных факторов, переход от ламинарного течения жидкости в турбулентный зависит также от шероховатости стенок трубы, от соответствия скоростей течения и плотности подкрашенной струйки жидкости и потока, от возмущений, создаваемых у источника питания потока, от сотрясений русла потока и т. д.

Поскольку опытные исследования по определению режимов течения жидкости проводятся только для круглых труб, то индекс "d" в обозначении числа Рейнольдса в дальнейшем указываться не будет.

1.3. Порядок выполнения работы

При выполнении работы проводятся три опыта:

- установление устойчивого ламинарного движения жидкости и определение числа Рейнольдса Re (подкрашенная струйка жидкости не должна перемешиваться с соседними слоями по всей длине трубы);

- определение критического числа Рейнольдса Reк при переходе от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному;

- установление устойчивого турбулентного движения жидкости и определение числа Рейнольдса Re (подкрашенная струйка жидкости должна перемешиваться с потоком).

30.jpg

Рис. 5. Схема экспериментальной установки для изучения режимов движения жидкости

Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 5. К напорному баку Б2 присоединена горизонтальная стеклянная труба СТ с внутренним диаметром d. Уровень воды в баке Б2 поддерживается постоянным за счёт её подачи насосом из бака Б1 (на схеме не изображён) и холостого слива СХ. Подкрашенная жидкость поступает в трубу СТ из малого бачка МБ через гибкую трубку, подсоединённую к установленной на входе в трубу СТ тонкой стеклянной трубке. С помощью краника Кр добиваются соответствия скоростей течения подкрашенной жидкости и потока воды в трубе СТ.

Установление различных режимов течения жидкости добиваются с помощью шарового крана К1.

Значение средней скорости течения жидкости V в трубопроводе при определении числа Рейнольдса Re вычисляют из уравнения расхода:

Q = VS. (1.3)

Расход жидкости Q определяется объёмным способом:

Q = , (1.4)

где W – объём жидкости в мерном бачке, м3; t – время наполнения заданного объёма жидкости, сек.

Время засекается по секундомеру (выдаётся на время проведения эксперимента), а объём определяется по рискам на водомерной трубке ВТ2. Рычаг ПР при этом установлен в крайнее правое положение (при таком положении рычага подкрашенная жидкость будет сливаться в канализацию, а не циркулировать внутри установки). Опыт проводится при закрытом кране К2 (см. рис. 1).

После установления необходимого режима течения жидкости в стеклянной трубе СТ (устанавливается визуально), одновременно с включением секундомера закрывается кран К7. После установления времени наполнения определённого объёма жидкости кран К7 открывается и вода сливается из мерного бачка Б4. Далее всё повторяется для следующего опыта.

Температура воды определяется по установленному на трубе термометру Т (см. рис. 1).

1.4. Обработка экспериментальных данных

Обработанные данные заносят в таблицу результатов измерений и вычислений (таб. 1.2). При этом вычисляют:

- расход воды Q согласно объёмному способу измерения;

- среднюю скорость течения воды в стеклянной трубе СТ (исходя из уравнения расхода 1.3);

- кинематическую вязкость воды ν по формуле (1.5), или её можно выбрать из таб. 1.1 в соответствии с температурой воды:

ν = , см2/сек; (1.5)

- число Рейнольдса по формуле (1.2).

Таб. 1.1

Температура t, ºС

Кинематическая вязкость ν, 10-4 м2

Температура t, ºС

Кинематическая вязкость ν, 10-4 м2

0

0,0178

18

0,0106

5

0,0152

19

0,0103

10

0,0131

20

0,0101

12

0,0124

21

0,0098

14

0,0117

22

0,0096

15

0,0114

23

0,0094

16

0,0112

24

0,0092



17

0,0109

25

0,0089



  1   2   3   4   5

Похожие:

Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания Санкт-Петербург 2012
...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания по изучению курса начертательной геометрии для студентов специальностей 230100,171500,340100,130400,120100 всех форм обучения
Методические указания предназначены для самостоятельного изучения начертательной геометрии студентами специальностей 230100, 171500,...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические рекомендации по курсу начертательной геометрии для студентов специальностей 230100,171500,340100,130400,120100 всех форм обучения
Методические указания предназначены для самостоятельного изучения начертательной геометрии студентами специальностей 230100, 171500,...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические рекомендации по курсу начертательной геометрии для самостоятельной работы студентов механических специальностей
Методические рекомендации предлагаются для самостоятельной работы студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование систем» для студентов всех форм обучения специальности
Имитационное моделирование систем управления с помощью пакета программ vissim: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания по решению задач цикла дисциплин технической механики в единицах си для студентов очной и заочной форм обучения инженерных специальностей
Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения, выполняющих контрольные и расчетно-графические работы...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические рекомендации по курсу компьютерной графики для студентов специальностей 230100,171500,340100,130400,120100 дневной, вечерней и заочной форм обучения
Целью работы является знакомство с трёхмерным моделированием и построение поверхности вращения и гранной поверхности в системе t...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания по подготовке к семинарским занятиям для студентов дневной формы обучения всех специальностей
Методические указания предназначены для студентов I курса всех специальностей дневной формы обучения, изучающих дисциплину «Отечественная...
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Древесина методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей iconМетодические указания к лабораторным работам по дорожно-строительным материалам для студентов 2-3 курсов специальностей 2910, 2904
Методические указания предназначены для студентов специальностей 2910 «Автомобильные дороги» и2904 «Эксплуатация дорог и организация...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org