Министерство науки и образования РФ Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный архитектурно строительный университет

Кафедра гидравлики и теплотехники

Е.А.Крестин

Журнал лабораторных работ по гидравлике Часть 2. Виртуальная лаборатория

Самара 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

Цель работы:_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Теория вопроса:____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Описание опытной установки:

Рис.1. Схема установки для экспериментального подтверждения закона Паскаля:

1-________________________________________________,

2-________________________________________________,

3-________________________________________________,

4-________________________________________________,

5-________________________________________________

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

Необходимо выполнить два опыта, обеспечив в первом , а во втором - .

Опыт № 1. Включить наполнение колонны и залить её до уровня h>2,4 м. Измерить с помощью водомерной трубки 2 и шкалы 3 глубины погружения h_В и h_С точек В и С, а также превышения у_В и у_С осей вращения стрелок манометров М_В и М_С над точками их подключения. Затем измерить показания всех трёх манометров (М_А, М_В, М_С). Полученные данные записать в таблицу 1.1 (графы 4 и 6).

Опыт № 2. Включить компрессор для подачи сжатого воздуха в цилиндр 1. Довести р_0изб до величины, указанной преподавателем, после чего компрессор отключить. Далее измерить одновременно показания манометров М_А, М_В, М_С. Результаты измерений записать в графу 5 таблицы 1.1.

Выполнить все вычисления, предусмотренные таблицей 1.1. Дать заключение по результатам работы.

Обработка опытных данных. Выполнение расчетов

Данные опытов и расчетов свести в таблицу 1.1

Таблица 1.1

№ поз.	Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин			Единица измерен.		Результаты измерений и вычислений			Примечан.
						Опыт1		Опыт2
1	2			3		4		5	6
1	Показания манометров			Па
				Па
				Па
2	Избыточное гидростатическое давление в точках А, В, С			Па
				Па
				Па
3	Приращение избыточного гидростатического давления				Па
					Па
					Па
4	Сред. величина приращения избыточного гидростатического давления				Па
5	Относительные отклонения приращений давления в точках А, В, С от средней его величины				-
					-
					-

Выводы: __________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Что такое гидростатическое давление и каковы его свойства?

2. Поясните, что такое абсолютное и избыточное гидростатическое давление и какова связь между ними?

3. Объясните, что понимают под терминами: «внешнее давление» и «весовое давление»?

4. Напишите и поясните основное уравнение гидростатики.

5. Сформулируйте закон Паскаля.

6. Назовите приборы для измерения избыточного гидростатического давления и поясните принцип их действия.

7. В чём состояло принципиальное отличие в условиях проведения первого и второго опытов?

8. Для чего нужно знать превышение оси вращения стрелки пружинного манометра над точкой его подключения?

9. Что такое вакуум?

10. Что такое вакуумметрическое давление?

11. Как связаны абсолютное и манометрическое давления?

12. Как связаны манометрическое и вакуумметрическое давления?

13. В каких пределах может меняться абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое давления?

14. В каких размерностях измеряется гидростатическое давление и как эти размерности связаны между собой?

15. Есть ли разница в понятиях «манометрическое давление» и «избыточное давление»?

16. Есть ли разница в понятиях «атмосферное давление» и «техническая атмосфера»?

17. Что такое пьезометрическая высота, и как она определяется?

18. Что такое вакуумметрическая высота и как она определяется?

19. Есть ли разница в понятиях «пьезометрическая высота» и «манометрическая высота»?

20. Напишите основное уравнение гидростатики в двух видах.

21. В чем заключается геометрический смысл основного уравнения гидростатики и его членов?

22. В чем заключается энергетический смысл основного уравнения гидростатики и его членов?

23. Есть ли разница в понятиях «пьезометрическая высота» и «пьезометрический напор»?

24. Что такое эпюра гидростатического давления?

25. Какими свойствами обладает эпюра гидростатического давления?

26. По каким принципам строится эпюра гидростатического давления?

27. Как определить силу гидростатического давления на плоскую стенку?

28. Что такое «центр давления»?

29. Как расположен центр давления относительно центра тяжести?

30. В каком случае центры давления и тяжести совпадают?

31. Как определить положение центра давления?

32. На какой глубине находится центр давления прямоугольной плоской стенки, залитой с одной стороны жидкостью до уровня ?

33. Как определить силу гидростатического давления на криволинейную поверхность?

34. Как определить горизонтальную составляющую силы гидростатического давления на криволинейную стенку?

35. Как определить вертикальную составляющую силы гидростатического давления на криволинейную стенку?

36. Что такое «тело давления»?

37. В каком случае тело давления вызывает подъемную силу?

38. От чего зависит направление вертикальной составляющей силы гидростатического давления на криволинейную стенку?

39. Под каким углом к горизонту направлена сила гидростатического давления на криволинейную стенку?

40. Как соотносятся между собой силы абсолютного и избыточного гидростатического давления на плоскую вертикальную прямоугольную стенку, высотой 10 метров, залитую водой с одной стороны?

41. Как изменится сила избыточного гидростатического давления на плоскую прямоугольную стенку, залитую жидкостью с одной стороны, если уровень этой жидкости упадет вдвое?

Лабораторная работа № 2 определение опытным путем слагаемых уравнения бернулли при установившемся неравномерном движении жидкости в напорном трубопроводе

Цель работы:_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Теория вопроса:____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Описание опытной установки:

Рис.2. Схема установки:

1-________________________________________________,

2-________________________________________________,

3-________________________________________________,

4-________________________________________________,

5-________________________________________________,

6-________________________________________________,

7-________________________________________________,

8-________________________________________________,

9-________________________________________________

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

1. Заполнить бак 1 и трубопровод 2 водой. При этом следует обратить внимание на уровни воды в пьезометрических 3 и скоростных трубках 4. Эти уровни при отсутствии воздуха в системе должны быть на одной отметке.

2. Открыть вентиль 6 так, чтобы трубопровод 2 работал полным сечением, а уровень воды в баке - постоянным.

3. Измерить с помощью бака 7 и секундомера 5 расход воды.

4. Определить по шкалам отметки уровней воды в пьезометрах и скоростных трубках в сечениях I-I…II-II. Результаты всех измерений записать в таблицу 2.1. Затем выполнить все вычисления, предусмотренные таблицей 2.1, и построить в масштабе по полученным данным линии полного напора и пьезометрическую так, как показано на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Диаграмма уравнения Д.Бернулли для струйки реальной жидкости

5. Дать заключение по результатам работы.

Обработка опытных данных. Выполнение расчетов

Построение линий полного напора и пьезометрической

Данные опытов и расчетов свести в таблицу 2.1

Таблица 2.1

№	Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин	Ед. изм.	Результаты измерений и вычислений
			I-I	II-II	III-III
1	2	3	4	5	6
1	Геометрические высоты центров тяжести сечений z	м
2	Отметки уровней воды в пьезометрах, т.е. гидростатические напоры (z+p/rg)	м
3	Отметки уровней воды в скоростных трубках, т.е. полные напоры H=z + p/rg + u2/2g	м
4	Пьезометрические высоты (z + p/rg ) –z	м
5	Скоростные высоты u2/2g=H-(z + p/rg)	м
6	Потери полного напора на пути между соседними живыми сечениями струйками h`wi-(i+1)=Hi – Hi+1	м
7	Суммарные потери полного напора h`wI-III=HI - HIII	м
8	Объем воды в мерном баке W	м3
9	Продолжительность наполнения объема W в мерном баке t	с
10	Расход воды в трубопроводе Q=W/t	м3/c
11	Средняя скорость движения воды в v= Q/w	м/с
12	Скоростная высота, отвечающая средней скорости v2/2g	м
13	Разность скоростных высот (u2/2g – v2/2g)	м

Выводы: __________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Объясните, чем обусловлены потери полного напора и каков их энергетический смысл?

2. Поясните, что понимают под термином "удельная энергия"?

3. Объясните термины "местная скорость" и "средняя скорость" и укажите, как определяют эти скорости?

4. Поясните, что такое линия полного напора и пьезометрическая линия, что будут представлять собой эти линии при равномерном движении реальной жидкости?

5. Что понимают под термином «живое сечение потока жидкости»?

6. В каком сечении (1-1 или 2-2) больше скорость движения воды, и почему?

7. В каком сечении (1-1 или 2-2) больше давление, и почему?

8. В каком сечении наиболее близко совпадают величины и , как можно это объяснить?

9. В каком сечении большее расхождение между величинами и , как можно это объяснить?

10. Изменится ли начертание графиков полных и пьезометрических напоров, если проточную часть установки расположить вертикально, а расход оставить неизменным?

11. Если диаметр трубы установки в сечении больше в два раза диаметра в сечении , во сколько раз в узком сечении скоростной напор больше, чем в сечении ?

12. Что такое «элементарная струйка» и какими свойствами она обладает?

13. Что такое «живое сечение потока»?

14. Чем различается живое сечение элементарной струйки и потока?

15. Что такое «линия тока»?

16. Что такое «поверхность тока»?

17. Что такое «трубка тока»?

18. Какие виды движения вы знаете?

19. Есть ли разница в понятиях установившегося и стационарного движения?

20. Что такое гидравлический радиус живого сечения потока?

21. Какая форма канала является наиболее гидравлически выгодной?

22. Что такое «эквивалентный диаметр канала»?

23. Напишите уравнение неразрывности несжимаемой и сжимаемой жидкостей и поясните значение его членов.

24. Какой закон природы отражает уравнение неразрывности?

25. Какой закон природы отражает уравнение Бернулли?

26. Напишите уравнение Бернулли трех видов и поясните значение их членов.

27. Каков геометрический смысл уравнения Бернулли и его членов?

28. Каков энергетический смысл уравнения Бернулли и его членов?

29. Каков физический смысл коэффициента Кориолиса?

30. В каком диапазоне меняется коэффициент Кориолиса?

31. Что такое нивелировочный, пьезометрический, гидравлический уклоны, от каких факторов они зависят, в каких пределах изменяются и могут ли быть равны друг другу?

32. Какие существуют ограничения в применении уравнения Бернулли?

33. Что такое «напор»?

34. Какие виды напоров Вы знаете?

35. Какое движение воды будет в трубопроводе, если диаметр его меняется, а расход остается постоянным?

36. Какое движение будет в трубопроводе постоянного сечения, если расход воды изменяется?

37. Какое движение будет в трубопроводе, если его сечение и расход воды остаются постоянными?

38. Какое движение будет в трубопроводе, если меняются его сечение и расход?

39. Что такое «расход жидкости»?

40. Что измеряет скоростная трубка?

41. Какое давление: абсолютное или избыточное входит в уравнение Бернулли?

42. Как можно замерить скоростной напор?

43. Запишите уравнение Бернулли для потока реальной жидкости и раскройте энергетический смысл его.

44. Почему пьезометр и скоростная трубка показывают разные уровни жидкости при подключении их в одном и том же сечении?

45. Какое начертание имеет график полных напоров в трубе постоянного сечения при движении в ней реальной жидкости?

46. Почему при уменьшении диаметра трубы график пьезометрических напоров понижается?

47. В чем состоит физический смысл коэффициента Кориолиса?

48. Во сколько раз надо уменьшить площадь поперечного сечения потока, чтобы скоростной напор увеличился в четыре раза?

49. Может ли быть давление внутри трубы в сечении меньше атмосферного? При каких условиях?