9.2. Лабораторный практикум по гидравлике введение

Целью проведения лабораторных работ по гидравлике является усвоение и закрепление теоретических знаний, выявление физической сущности гидравлических явлений и опытное подтверждение их закономерностей, проверка значений эмпирических коэффициентов в теоретических зависимостях, а также приобретение навыков по самостоятельному проведению и обработке результатов гидравлических исследований.

Практикум включает описание 7 основных лабораторных работ по общему курсу гидравлики. В нем приводятся основные теоретические сведения, содержание и порядок выполнения работ на комплекте учебно-лабораторных устройств "Капелька", разработанных в Томском Инженерно-строительном институте. Устройства комплекта отличаются от традиционных гидравлических установок большей наглядностью, простотой конструкции, бесшумностью и надежностью в эксплуатации, поскольку они не имеют движущихся деталей, не требуют затрат воды и электроэнергии на создание потока жидкости. Предлагаемый комплект не нуждается в техническом обслуживании и привлечении к выполнению работ учебно-вспомогательного персонала, позволяет интенсифицировать процесс обучения за счет уменьшения времени проведения опытов: для установления требуемого режима работы не нужны вспомогательные операции по запуску устройств и регулированию, достаточно его только наклонить или перевернуть.

РАБОТА№1

Изучение физических свойств жидкости

Цель работы: освоение техники измерения плотности, коэффициентов теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

1.1. Общие сведения.

Жидкостью называют малосжимаемое физическое тело, изменяющее свою форму под действием весьма малых сил. Основные физические характе­ристики жидкости - плотность, сжимаем ость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.

Плотность определяется отношением массы т жидкости к ее объему W:

р = т/W

Сжимаемость - свойство жидкости уменьшать объем под действием давления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости, показываю­щим относительное уменьшение объема жидкости W' при повышении давле­ния Р на единицу:

Тепловое расширение - свойство жидкости изменять объем при нагревании - характеризуется коэффициентом теплового расширения , равным относительному приращению объема W с повышением температуры T на один градус при постоянном давлении:

(1.1)

Как правило, при нагревании объем жидкости увеличивается.

Вязкость - свойство жидкости сопротивляться относительному скольжению ее слоев. Она оценивается динамическим коэффициентом вязкости , кото­рый измеряется в паскаль - секундах (Па-с) и численно равен касательному на­пряжению между соседним и слоям и, если их относительная скорость переме­щения численно совпадает с толщиной слоя. В гидравлических расчетах так­же используют кинематический коэффициент вязкости v, определяемый из формулы и измеряемый квадратными метрами на секунду (м²/с) и стоксам и (1Ст=1 /с).

Коэффициенты вязкости не зависят от скорости течения. Они определяются видом жидкости, давлением и температурой. С повышением давления вязкость несколько увеличивается, с возрастанием температуры существенно уменьшается. Кинематический коэффициент вязкости воды в см²/с при тем­пературе Т(°С ) вычисляется по формуле

v=17,9/(1000+34T+0,22 ) (1.2)

Таблица 1.1.

Значения плотности p, коэффициентов сжимаемости , теплового расширения , вязкости v и поверхностного натяжения для некоторых жидкостей

Поверхностное натяжение - свойство жидкости образовывать поверхностный слой взаимно притягивающихся молекул. Поверхностное натяжение стремится сократить свободную поверхность жидкости и характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения равным силе на единице длины контура свободной поверхности.

Поверхностное натяжение определяется видом жидкости и газа над её свободной поверхностью, примесями и температурой. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры Т( С) для воды, соприка­сающийся с воздухом, имеет вид:

Основные физические параметры жидкостей при температуре 10 C⁰ и атмосферном давлении приведены в табл. 1.1.