86

Вступ

Згідно з програмою підготовки вчителів трудового навчання курс “Гідравліка та гідравлічні машини” є дисципліною загальнотехнічного циклу та складовою курсу “Машинознавство”.

Мета курсу – вивчення студентами основних законів рівноваги і руху рідини, використання їх у розв’язанні гідравлічних задач, а також під час ознайомлення з будовою, конструктивними особливостями, принципом дії гідравлічних пристроїв і машин.

Ефективність засвоєння знань, перевірка на практиці теоретичних закономірностей, а також формування умінь та навичок роботи з гідротехнічними пристроями та машинами значною мірою залежить від виконання циклу лабораторних робіт, передбачених програмою.

У методичних рекомендаціях до кожної лабораторної роботи визначена мета, прилади та обладнання, подані короткі теоретичні відомості та методичні поради щодо послідовності виконання роботи, наводяться схеми лабораторних установок, сформульовані контрольні питання для самоконтролю ефективності засвоєння матеріалу студентами.

Послідовність проведення лабораторної роботи та її результати оформляються у вигляді звіту.

Звіт повинен містити:

- номер лабораторної роботи, тему, мету , прилади і обладнання;

- короткі теоретичні відомості;

- схеми установок, виконані за допомогою креслярських інструментів;

- таблиці з даними дослідження ;

- математичні розрахунки результатів експерименту;

- загальні висновки щодо виконаної роботи.

Перед виконанням практичної частини лабораторної роботи студент повинен вивчити теоретичний матеріал з теми, законспектувати його у звіті, накреслити схеми лабораторних установок, знати їх будову та принцип дії. Після успішного складання викладачеві теоретичної частини студент допускається до виконання практичної роботи. Виконана і належним чином оформлена лабораторна робота захищається шляхом співбесіди з викладачем. Під час захисту студент повинен продемонструвати глибокі теоретичні знання з теми та вміння аналізувати отримані результати дослідження. Лабораторна робота оцінюється диференційовано.

До курсу навчальним планом передбачено індивідуальну роботу, що складається з чотирьох питань та чотирьох задач, які охоплюють усі розділи курсу. Індивідуальне завдання необхідно підготувати у вигляді реферату на папері формату А4 та здати у визначений викладачем термін .

Індивідуальна робота зараховується за умови виконання її згідно з висунутими вимогами та правильності відповідей на завдання.

Для поточного контролю знань студентів з модулів «Гідростатика та гідродинаміка», «Гідравлічні машини» пропонуються тестові завдання.

Навчально–методичний посібник має на меті допомогти студентам денної та заочної форм навчання, засвоїти навчальний матеріал з курсу «Гідравліка та гідравлічні машини».

Лабораторна робота №1 визначення коефіцієнта в’язкості рідини

Мета роботи:	Ознайомитися з принципами дії віскозиметрів Енглера і Пуайзеля та визначити коефіцієнт в’язкості рідини.
Прилади та обладнання:	Віскозиметри Енглера і Пуайзеля, мідна посудина, годинник.

Теоретичні відомості

Основними фізичними властивостями рідини є густина, стисливість, пружність, в’язкість, температурне розширення.

Густина рідини – це відношення маси рідини до об’єму, який вона займає:

.

Густина рідини залежить від температури, із збільшенням якої густина зменшується, але винятком є вода, при температурі 4^оС має найбільшу густину 1000 .

У гідравліці часто використовують поняття питомої ваги рідини  . Питомою вагою називають вагу рідини G в одиниці її об’єму:

,

.

Стисливість – це здатність рідини змінювати свій об’єм V при зміні тиску P. Мірою стисливості рідини є коефіцієнт об’ємного стиску ( ), який визначається:

,

де – зміна об’єму; – початковий об’єм; – зміна тиску.

Знак „–” показує, що при збільшенні тиску об’єм зменшується.

Пружність рідини – це здатність рідини відновлювати свій об’єм після припинення дії зовнішніх сил і характеризується модулем пружності :

.

Температурне розширення – це властивість рідини змінювати свій об’єм при зміні температури, яка залежить від фізичної природи рідини і характеризується коефіцієнтом об’ємного розширення :

,

де – зміна об’єму при зміні температури на .

В’язкість – це властивість чинити опір відносному руху частинок рідини. В’язкість рідини залежить від тертя між її частинками при русі.

При русі в’язкої рідини вздовж твердої стінки пристінний шар рідини прилипає до стінки, тобто стає нерухомим. Із віддаленням від стінки швидкість руху рідини зростає так, що утворюється градієнт швидкості у напрямі перпендикулярному до напрямку потоку рідини. Різниця у швидкості руху веде до того, що починається проковзування сусідніх шарів рідини і виникають дотичні напруження. Експериментально встановлено, що дотичні напруження визначаються:

,

де – напруження сил тертя; – це коефіцієнт динамічної в’язкості; – градієнт швидкості в напрямі нормалі до напрямку потоку рідини.

Градієнт швидкості показує, як змінюється швидкість рідини за одиницю довжини у перпендикулярному до потоку напрямі. Значення коефіцієнта динамічної в’язкості визначається експериментально за допомогою віскозиметра.

Рідини, для яких справедливе це рівняння, називаються нормальними, або ньютонівськими, інші, які не можуть бути описані таким рівнянням, називаються аномальними. До них відносяться глиняні розчини, масляні фарби, різного роду емульсії, а також мастила при низьких температурах. Вони відрізняються від нормальних рідин тим, що сили тертя між частинками рідини виникають навіть у стані спокою, і тому рух такої рідини починається тільки після подолання деякого початкового напруження . Такі рідини описуються рівнянням Бінгема:

.

У гідравлічних розрахунках часто використовують поняття коефіцієнта кінематичної в’язкості :

.

Коефіцієнт кінематичної в’язкості показує, як змінюється швидкість руху рідини за одиницю довжини трубопроводу.

Прилади, які використовують для вимірювання сили в’язкості, тобто коефіцієнтів в’язкості рідини, називають віскозиметрами.

У різних віскозиметрах використовують основні два методи.

Перший – кінематичний, або метод підрахунку рідини.

Вимірюється час витікання певного об’єму рідини, коефіцієнт в’язкості якої відомий і порівнюється із часом витікання такого ж об’єму іншої, невідомої рідини. До них належать віскозиметри: Ейлера, Жуковського, капілярні та інші.

Другий метод – динамічний, створений на безпосередньому вимірюванні сили в’язкості досліджуваної рідини. На основі такого методу сконструйовані віскозиметри Пуайзеля, віскозиметри з двома коаксіальними циліндрами або диском. За допомогою двох останніх спостерігають затухаючі крутильні коливання циліндра або рідини, яку вивчаємо.