6 Объем и содержание лабораторных работ
Учебным планом и рабочей программой дисциплины «Гидравлика» предусмотрено выполнение лабораторных работ.
Выполнение лабораторных работ поможет студентам в углубленном изучении теоретической базы гидравлики, в овладении методами экспериментальных исследований, в приобретении необходимых навыков обработки результатов экспериментов и их анализа, усвоении техники расчетов.
Студенты должны самостоятельно выполнить эксперимент на лабораторном стенде в лабораториях кафедры, обработать экспериментальные данные, проанализировать результаты и оформить отчет. В отчет о каждой работе входят цель работы, схема установки со спецификацией, таблицы замеряемых и рассчитываемых величин, необходимые расчеты и графики, выводы о результатах, соответствующие целям работы.
Отчет о каждой работе защищается студентами индивидуально. При этом они должны демонстрировать понимание теоретических основ и сущности исследуемого гидродинамического процесса, знание схемы лабораторной установки и методики выполнения эксперимента на ней, умение анализировать полученные результаты и делать правильные выводы.
6.1 Перечень лабораторных работ
№ п/п |
№ раздела дисциплины |
Наименование лабораторных работ |
1 |
3 |
Изучение режимов движения жидкости. |
2 |
5,7 |
Построение диаграммы напоров. |
3 |
Определение коэффициентов гидравлического трения на прямолинейных участках трубопровода. |
|
4 |
Определение коэффициентов местных гидравлических сопротивлений. |
|
5 |
10 |
Испытание центробежного вентилятора. |
6.2 Библиографический список к лабораторным работам
1. Калинина, В.С. Лабораторный практикум по гидравлике и гидравлическим машинам. Учеб. пособие [Текст]/В.С. Калинина, И.С. Наумченко, А.А. Смирных; Воронеж. гос. технол. акад., Воронеж.2004.-92 с.
2. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов [Текст]/Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 2-е изд., перераб.-М.: Машиностроение , 1982.-423с.
3. Методические указания к оформлению расчетно-проектных, расчетно-графических работ, курсовых и дипломных проектов [Текст]/Воронеж. гос. технол. академ.; Сост. Ю.Н. Шаповалов, В.Г.Савенков, Е.В. Выошика.- Воронеж, 1998.-50с.
6.3 Описание лабораторных работ
В каждой работе изложена теоретическая часть, сущность процесса; цель работы; схема лабораторной установки и методика выполнения эксперимента; приведены таблица экспериментальных результатов и методика их обработки, таблица результатов расчета, контрольные вопросы к защите.
Лабораторная работа №1 Изучение режимов движения жидкости
Цель работы - визуально изучить режимы движения жидкости, установить опытным путем критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный.
Теоретическая часть. Различают ламинарный и турбулентный режимы движения.
При ламинарном (от лат. lamina - слой) движении отдельные частицы жидкости в трубе перемещаются по прямолинейным траекториям параллельно стенкам трубы и друг другу. Никаких поперечных перемещений частиц не происходит. Иначе говоря, жидкость в круглой трубе движется как бы концентрическими кольцевыми слоями, которые не перемешиваются между собой.
При турбулентном (от лат. turbulentus - неупорядоченный, бурный) движении отдельные частицы жидкости или целые группы частиц конечных размеров («жидкие комки») ведут себя приблизительно как молекулы по представлениям кинетической теории газов, т.е. пребывают в состоянии хаотичного (беспорядочного) движения. Поскольку поток в целом движется прямолинейно, «жидкие комки» наряду с общим поступательным движением имеют и случайные поперечные перемещения; во всём потоке происходит процесс непрерывного перемешивания частиц жидкости.
Условия перехода от ламинарного течения капельной жидкости к турбулентному и, наоборот, от турбулентного к ламинарному в круглых трубах впервые в 1883-1885 гг. изучил английский ученый О. Рейнольдс. Он установил, что этот переход определяется четырьмя физическими величинами: средней скоростью течения υ, диаметром трубы d, вязкостью жидкости µ и её плотностью ρ, составляющими безразмерный комплекс, получивший название критерия (числа) Рейнольдса
(1.1)
В своих исследованиях Рейнольдс пришел к выводу, что существует некоторое критическое значение Reкр, являющееся границей между ламинарным и турбулентным режимами течения, и нашел его:
Reкр=2320. (1.2)
При Re>2320 движение будет турбулентным, а при Re<2320 - ламинарным.
Более тщательные исследования, выполненные в последующие годы, свидетельствуют о том, что в практике нередко встречаются с течениями, когда в потоках есть ламинарные и турбулентные участки. При возрастании числа Re и приближении его к критическому в ламинарном потоке образуются очаги, имеющие турбулентный характер. Это явление называется перемежаемостью. Её характеристикой является коэффициент перемежаемости γ=TТ/ТЛ, выражающий долю времени существования турбулентного режима в рассматриваемой точке пространства. При полностью ламинарном течении γ=0, при полностью турбулентном γ=1.
Перемежающая турбулентность существует в пределах изменения числа Рейнольдса от 2000 до 4000, поэтому более точные условия существования ламинарного и турбулентного режимов течения в трубах следующие:
R
(1.3)
Re > 4000 турбулентный режим
Критическое значение числа Рейнольдса зависит от структуры потока, наличия примесей. Данные (1.2) относятся к равномерному течению чистых жидкостей и газов в трубах. При неравномерном движении на значение Rекр существенно влияет характер изменения скоростей вдоль течения. Например, в сужающихся трубах (конфузорах), где скорость возрастает по течению и само течение более устойчиво. Нижнее значение Reкр резко возрастает (до 20000 для труб круглого сечения). В расширяющихся трубах (диффузорах), где скорость уменьшается по течению, переход от турбулентного к ламинарному происходит при Reкр<2000.