Федеральное агентство по образованию

Московский государственный горный университет

Кафедра «Горные машины и оборудование»

Рекомендовано умк

по специальности 150402

ПАСТОЕВ И.Л., ЕЛЕНКИН В.Ф.,

ГУБАНОВ Д.А.

Гидравлика

Лабораторный практикум

для студентов, обучающихся по специальности 150402

«Горные машины и оборудование»

МОСКВА 2008

УДК 532:622

ББК 30.123

П 19

Пастоев И.Л., Еленкин В.Ф., Губанов Д.А.

Гидравлика. Лабораторный практикум. – М.: МГГУ, 2008. – 38с.: ил.

Изложена методика проведения лабораторных работ по определению свойств жидкости, изучению уравнения Бернулли, определению потерь напора и параметров потока вязкой жидкости, определению характеристик потока при истечении жидкости через отверстия и насадки, изучению безнапорного потока.

Для студентов вузов обучающихся по специальности 150402 «Горные машины и оборудование».

Содержание

Лабораторная работа №1 Экспериментальное исследование зависимости вязкости жидкости от температуры……………………………………………………………………	4
Лабораторная работа №2 Экспериментальное изучение уравнения Бернулли…………………….…...	9
Лабораторная работа № 3 Иллюстрация уравнения Бернулли с помощью прибора «Капелька»……...	16
Лабораторная работа № 4 Определение потерь напора в заданном потоке жидкости………………….	22
Лабораторная работа № 5 Экспериментальное определение параметров напорного потока вязкой жидкости………………………………………………………………………...	26
Лабораторная работа № 6 Экспериментальное определение параметров потока при истечении жидкости из отверстия в тонкой стенке………………………………………	32
Лабораторная работа №7 Экспериментальное определение параметров потока жидкости при истечении через насадок…………………………………………………….….	36
Лабораторная работа № 8 Экспериментальное определение параметров безнапорного потока….……	40

Лабораторная работа №1 Экспериментальное исследование зависимости вязкости жидкости от температуры

1. Задание

   1. Определить экспериментально плотность исследуемой жидкости.

   2. Определить экспериментально коэффициент условной вязкости ВУ исследуемой жидкости при разной температуре.

   3. Вычислить коэффициенты кинематической вязкости υ и коэффициенты динамической вязкости μ исследуемой жидкости при разной температуре.

   4. Построить графики зависимости от температуры коэффициентов ВУ, υ и μ .

2.Основы теории

Основными физическими свойствами жидкости являются плотность и вязкость

Плотность – количество массы жидкости в единице объема.

ρ = m/V, [кг/м³], (1)

где m – масса жидкости;

V - объем жидкости.

Н а практике плотность жидкости измеряется приборами, которые в каждой отрасли имеют различное название: ареометр, спиртометр и т.д.. В данной работе используется прибор, который называется денсиметром. Схема его применения показана на рис. 1.

Рис.1

Денсиметр представляет собой стеклянную колбу, в широкой части которой помещен свинцовый груз определенного веса. В узкой части колбы имеется таблица градуировки прибора с ценой деления 0,001. Денсиметры выпускаются на узкий диапазон плотности, поэтому для каждого вида жидкости требуется определенный прибор.

Правило пользования заключается в следующем: денсиметр подбирается для жидкости так, чтобы при его погружении, он свободно плавал и не касался дна емкости. Показания прибора считываются со шкалы на пересечении ее со свободной поверхностью жидкости (на рис. 1 показано стрелкой). Прибор дает показания относительной безразмерной плотности ρ₀.

Абсолютную плотность жидкости определяют из выражения

ρ = ρ₀×ρ_ст, (2)

где ρ_ст = 1000 кг/м³– плотность дистиллированной воды (стандартного вещества для капельных жидкостей) при температуре 4 С⁰ .

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению частиц жидкости. Оно проявляется только при движении жидкости. В жидкости, находящейся в покое вязкость не обнаруживается. В связи с тем, что свойство вязкости определяет сопротивление движению жидкости, оно оказывает огромное влияние на процессы в гидросистемах. От вязкости зависят потери мощности в потоке жидкости.

Для количественной оценки этого свойства служат три коэффициента:

- динамический коэффициент вязкости –μ (Па·с);

• кинематический коэффициент вязкости – υ(м²/с);

• условный коэффициент вязкости – ВУ (б/р).

Динамический коэффициент вязкости μ представляет собой касательное напряжение τ между смещающимися слоями жидкости и находится из выражения

τ = μ·du/dy, (3)

где du/dy – градиент скорости, т.е. приращение скорости между слоями жидкости по направлению y. Откуда

μ = . (4)

Из выражения 4 можно видеть, что коэффициент μ при градиенте скорости равном 1 численно равен касательному напряжению τ.

В практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости υ, который представляет собой отношение μ к ρ.

υ = μ/ρ. (5)

Поскольку подвижность молекул жидкости при нагревании увеличивается, то ее вязкость будет зависеть от температуры. Эта зависимость имеет выражение

μ = μ₀·exp(-а^Т), (6)

На практике из всех коэффициентов вязкости легче всего определить условный ВУ. Он определяется с помощью вискозиметра Энглера, схема которого показана на рис. 2.

Рис.2

Вискозиметр Энглера представляет собой установленную на штативе чашу 1, в которую наливается исследуемая жидкость. Чаша имеет калиброванное отверстие 6. Отверстие закрывается штырем 3. Для нагрева исследуемой жидкости служит баня 2, куда наливается горячая вода. Измерение температуры жидкости выполняется термометром 4, который опускается в чашу 1. Для контроля уровня жидкости в чаше 1 установлены штырьки 5. При совпадении головок штырьков 5 с поверхностью жидкости в чаше 1 будет находиться стандартный для этого прибора объем жидкости.

Условный коэффициент вязкости ВУ – это отношение времени истечения из вискозиметра стандартного объема жидкости t_ж к времени истечения такого же объема дистиллированной воды t_в.

ВУ = t_ж/t_в. (7)

Время t_в в секундах указано на этикетке прибора.

Кинематический коэффициент вязкости находится по формуле Уббелоде:

υ = (0,0731ВУ - )·10^-4, м²/с. (8)

Динамический коэффициент вязкости находится по формуле

μ= ρ·υ, Па·с. (9)