МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА

АРХІТЕКТУРИ

Кафедра “Водопостачання, водовідведення та охорона водних ресурсів”

Балінченко О.Й.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ „ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА РІДИНИ ТА ГАЗУ”

для спеціальності „ПЦБ” освітньо-кваліфікаційного рівня „Бакалавр” 6.092100

Завідуючий кафедрою: доцент,

к.т.н. В.І. Нездоймінов.

Затверджено на засіданні кафедри ВВ і ОВР

7.10.2010 р. Протокол №2

Макіївка-2010

2

УДК 532

Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу "Технічна механіка рідини та газу" (для спеціальності "Водопостачання і водовідведення" студентів усіх форм навчання)/Уклала: Балінченко О.Й - Макіївка: ДонНАБА, 2009 - 32 с.

Наведені вказівки складають чотири лабораторні роботи, передбачених учбовою програмою курсу. Вони містять стисле визначення мети робіт, що виконуються і методики їх виконання. Призначенні для удосконалення підготовки студентів до лабораторних робіт, засвоєння теоретичного матеріалу.

Укладено: доц., к.т.н. Балинченко О.Й.

Рецензенти: доц., к.т.н. Рожков В.С.,

ас. Лісний В.І.

Відповідальний за випуск: доц..,

к.т.н. В.1. Нездоймінов,

Затверджено на засіданні кафедри ВВ і ОВР

7.10.2010 Р. Протокол №2.

Зав. каф. ВВ і ОВР доц., к.т.н. В.1. Нездоймінов,

3

ЗМІСТ

Стор.

ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ........................................................................................................................4

Лабораторна робота № 1. ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ.

ВИМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ.............................................................................4

Лабораторна робота № 2. ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНЯННЯ БЕРНУЛЛІ........... .................................................6

Лабораторна робота № 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРАВЛІЧНИХ ОПОРІВ ПО ДОВЖИНІ У

ТРУБОПРОВОДІ КРУГЛОГО ПЕРЕРІЗУ................................................................................................................ 8

Лабораторна робота № 4. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ МІСЦЕВИХ ОПОРІВ В ТРУБАХ.................8

ЛІТЕРАТУРА................................................................................................................................................................11

Додаток. ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ К ЛАБОРАТОРНИМ РОБОТАМ............................................................... 12

4

ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ

При виконанні лабораторних робіт студент повинен мати журнал, куди треба заносити результати замірів і спостережень. Перед початком кожної лабораторної роботи студенту необхідно знати її зміст, послідовність спостережень і замірів, стислі теоретичні основи конкретної роботи. Для отримання відносно точних значень величини, що визначається, треба виконувати не менш трьох підрахунків та приймати середнє арифметичне з них.

У журналі поперед все записується стисла методика проведення робіт, основні формули та розрахункові залежності, викреслюється схема експериментальної установки і таблиці.

При обробці даних, одержаних у лабораторній роботі, треба користуватися системою СІ. Необхідні графіки для обробки експериментальних даних будуються на міліметрівці у визначеному масштабі. Всі необхідні записи; розрахунки студенти повинні занести в журнал самостійно. Обов'язково знайомство з дослідною установкою і правилами по техніці безпеки. При незадовільній підготовці до лабораторної роботи студент до її виконання не допускається,

Викладач контролює проведення досліду, обробку результатів і приймає виконану та оформлену роботу.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1.

ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ВИМІРИ ТИСКІВ.

ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ.

Мета роботи.

1.Ознайомлення з поняттями абсолютного, манометричного, вакууметричного та барометричного тисків.

2. Ознайомлення з приборами для замірів тиску та принципом їх дії .

3. Вимір тиску за допомогою приладів та перевід його до системи СІ..

4. Розрахунок абсолютного тиску.

Мал.. 1. Лабораторна установка до лабораторної роботи №.1

М- манометр; М- вакуумметр.

Порядок виконання роботи..

1. Спочатку у трубі за допомогою насосу утворюється манометричний тиск та вимірюються показання у-образного приладу: h_м (мм рт.ст.) і пружинного манометру: Р_м (кг/см²).

2. Потім утворюється вакууметричний тиск та знімаються показання у - образного та пружинного приладів, тобто hв і Рв.

По барометру – анероїду знімаємо барометричну висоту (мм рт.ст.).

1. Визначається барометричний тиск в СІ: Р_Б=ρ^.g^.h_Б

2. Визначається манометричний тиск в СІ: Р_м=ρ^.g^.h_М

3. Визначається вакууметричний тиск в СІ: Р_В = ρ^.g^.h_В

5

4. Розраховується абсолютний тиск: Р_абс=Р_б+Р_м або Р_абс=Р_б-Р_вак.

Результати вимірів та розрахунків зводимо до табл. 1.

Таблиця 1. Дослідження гідростатичного тиску

Прилади для вимірювання тиску	Вид тиску (в одиницях вимірювання відповідних приладів)
	барометрич­ний	манометричний	вакууметричний	абсолютний (Па)
манометр пружинний, кг/см2
у- образний мановакууметр, м. вод. ст.
вакууметр пружинний, кг/см2
барометр – анероїд, мм рт. ст..

Висновки. ( Визначається погрішність, в %, визначення абсолютного тиску при вимірюваннях різними приборами)

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНЯННЯ БЕРНУЛЛІ

Мета роботи.

1. Дослідження рівняння Бернуллі по показанням приладів.

2. Побудова лінії повного потенціального напору і лінії повної питомої енергії для потоку.

3. Визначення питомої енергії потоку у перерізі.

Порядок виконання роботи.

. Мал. 2. Схема для лабораторної роботи №2

Рівняння Бернуллі:

Z+ Р/γ+u²/2g =Н - для елементарної струминки,

Z+ Р/γ+αv²/2g =Н´ - для потоку рідини,

де Z – відстань центрів ваги перерізів від умовної площини порівняння, м; Р/γ - показання п'єзометричних трубок, м; u – швидкість вісьової струминки, м/с; v - середня швидкість потоку, м/с; α - коефіцієнт Коріоліса, який приймається рівним 1,1.

Порядок виконання роботи.

1. Змалювати схему установки (мал. 2).

2. Замірити діаметри труб та відстані між п'єзометрами.

З. За площину порівняння прийняти площину, в який лежить вісь трубопроводу.

4. Встановити у трубопроводі постійну витрату Q. По показання п'єзометрів визначити п'єзометричний напір Р/γ, в кожному перерізі.

6

5. По показанням динамічних трубок визначити повний напір у дослідних перерізах Р/γ+u²/2g =Н, м.

6. За різністю показань динамічних і п’єзометричних трубок визначається швидкісний напір (м в.ст.) і швидкість вісьової струминки. , де h – різниця показань динамічної і п'єзометричної трубок, м.

7. По отриманим результатам для елементарної струминки побудувати п'єзометричну лінію (статичного напору) Р/γ, м, і повної питомої енергії (повного напору) Р/γ+u²/2g =Н, м.

8. Визначити швидкість та швидкісний напір для потоку. Швидкість потоку v, м/с, визначається з рівняння сталості потоку Q = ωv, де Q - витрата по водоміру, м³/с; ω – площина перерізу, м². Для круглого перерізу труби , м/с. Треба розрахувати три швидкості для 3-х перерізів. Швидкісний напір в кожному перерізі буде дорівнюватися , м, де =1.1.

9.Визначити втрати п’єзометричного і повного напору потоку по ходу між перерізами. Знайти п’єзометричні і гідравлічні ухили потоку між перерізами.

П’єзометричний ухил для перерізів 1-1 і 2-2 (при Z₁=Z₂=0):

, де L_1-2 – відстань між перерізами, м

Гідравлічний ухил для перерізів 1-1 і 2-2

, де h_1-2 – втрати повного напору, м

Даны занести в табл. 2.

Таблиця 2. Дослідження рівняння Бернуллі .

№ п.п.	Найменування показників	Перерізи
		1		2		3
1	Показання п'єзометрів, м
2	Показання динамічних трубок, м
3	Швидкісний напір вісьової струминки: u2/2g=h, м.
4	Швидкість течії вісьової струминки: U, м/с
5	Витрата води по водолічильнику: Q, м/с
6	Середня швидкість для потоку: v, м/с
7	Швидкісний напір по середньої швидкості: αv2/2g, м/с
8	Повна питома енергія для потоку: Z+ Р/γ+αv2/2g, м
9	Втрата повної питомої енергії від початкового перерізу: ΔЕ ( абоН), м
10	Втрата повного потенціального напору: ΔР/γ, м
11	П'єзометричні ухили: І
12	Гідравлічні ухили: і

7

Висновки (зробити висновки про збереження енергії (для струминки і потоку води).

л а б о р а т о р н а р о б о т а № 3.

ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРАВЛІЧНИХ ОПОРІВ ПО ДОВЖИНІ У ТРУБОПРОВОДІ

КРУГЛОГО ПЕРЕРІЗУ

Мета роботи.

1. Визначити коефіцієнт гідравлічного тертя експериментально і обчислити по формулі, а потім порівняти значення.

2. Установити графічну залежність коефіцієнта гідравлічного тертя від числа Рейнольдса.

Стислий опис установки.

На прямій ділянці трубопроводу установлено на достатньому відстані від входу по трубопроводу два п'єзометри для замірів втрат напору. Для замірів витрат рідини служитиме крильчастий водолічильник і вентиль регулювання цієї витрати (мал. 3). Для вимірювання температури рідини є ртутний термометр.

Мал. З. Схема до лабораторної роботи №3.

1 - два п’єзометри; для визначення перепаду напору; 2 - крильчастий водолічильник; 3 - вентиль для регулювання витрати води в трубопроводі.

Порядок виконання роботи.

І. Замірити витрату Q рідини при різних відкриттях заслінки (10-15 замірів) та записати показання п'єзометрів. Замірити температуру рідини та по графіку ν = φ(t°) визначити коефіцієнт кінематичної в'язкості: ν, м²/с.

2. Для кожного відкриття кінцевої заслінки за даними дослідів обчислити середню швидкість для потоку (за рівнянням сталості витрати) та втрати напору по довжині (за рівнянням Бернуллі). Так, якщо трубопровід горизонтальний та його довжина і діаметр не змінюються , можна витрати напору визначити в метрах водного стовпу: h_L= Р₁/γ – Р₂/γ ,м

З. Для кожного досліду обчислити число Рейнольдса: та значення коефіцієнта гідравлічного λ

тертя з формули Дарсі - Вейсбаха:

4. За отриманими даними визначити область опору, побудувати графік залежності:

8

5. Визначити значення коефіцієнту гідравлічного тертя із значеннями, отриманими за допомогою формул для різних областей опору.

Для області гідравлічно гладких труб: λ =0,3164/Rе^0,25 ( для Re<20d/Δ_екв)

Для перехідної області: λ=0,11(Δ_екв/d+68/Rе)^0,25(для 20d/Δ_екв <Re<500d/Δ_екв)

Для квадратичної області (гідравлічно шорстких труб): λ= 0,11(Δ_екв/d)^0,25(для Re>500d/Δ_екв)

Еквівалентна шорсткість труб визначається, в залежності від їх матеріалу, по довіднику, для пластмасових труб можна взяти Δ_екв= 0,1 мм.

Результати занести у таблицю 3.

Таблиця 3. Визначення коефіцієнта гідравлічного тертя

№ п.п.		Показники		№ досліду
				1	2	3	4	5
1		Матеріал труби та еквівалентна шорсткість Δекв, м
2		Внутрішній діаметр d, м
3		Площа перерізу ω, м2
4		Відстань між п'єзометрів 1, м
5		Різниця показань п'єзометрів: hl=Р1/γ-Р2/γ (втрати напору по довжині, м
6		Витрата води Q, м3/с
7		Середня швидкість для потоку v, м/с
8		Коефіцієнт кінематичної в'язкості ν потоку по графіку ν=φ(t°)
9		Температура води, t°С
10		Число Рейнольдса Rе
11		Коефіцієнт гідравлічного тертя λ
12	Режим руху
13	Область гідравлічного опору

Висновки: (зробити висновок про збігання значень коефіцієнта λ, отриманого опитним шляхом, і визначеного по формулі, відповідно області гідравлічного опору. Зробити висновок, чи відповідає графік графіку Муріна).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4.

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ МІСЦЕВИХ ОПОРІВ У ТРУБАХ

Мета роботи

І. Визначення дослідним шляхом коефіцієнти місцевих опорів у напірному трубопроводі.

2. Побудувати залежність: ξ =f(Rе)

9

Мал. 4. Схема до лабораторної роботи №4.

1- крильчастий водолічильник; 2 - п'єзометри до визначення втрат напору при раптовому звуженні; 2 - п'єзометри до визначення втрат напору при повільному розширенні; 3 – вентиль для регулювання витрати води в трубопроводі (можна взяти інші місцеві опори: повільне звуження, раптове розширення, компенсатор, вентиль, заслінку),

Порядок виконання роботи.

1. Через трубопровід з розміщеними на ньому місцевими опорами пропустити постійну витрату Q, яка вимірюється крильчастим водолічильником (мал.. 4).

2. Для вибраного місцевого опору взяти різницю показань п’єзометрів до і після місцевого опору. Показання знімати для 3-5 положень кінцевого вентилю 4 (мал.4)

3. Для кожного вимірювання визначити температуру води і коефіцієнта кінематичної в'язкості ν по графіку: ν = f(t°).

4. Для визначення втрат напору для раптового чи поступового звуження і розширення використовувати рівняння Бернулі, для чого визначити діаметри суміжних перерізів та їх площі.

Для загального випадку:

h_м=( z₁+Р₁/γ +αv₁²/2g) - ( z₂+Р₂/γ +αv₂²/2g)

Для горизонтального трубопроводу:

h_м=( Р₁/γ +αv₁²/2g) - ( Р₂/γ +αv₂²/2g)

Середні швидкості v₁ і v₂ визначаються, як було подано в лаб. раб. 2 і 3.

5. Для усіх вимірів обчислити коефіцієнт місцевих опорів ξ з формули Вейсбаха:

h_м=ξν²/2g

6 . Результати всіх вимірів звести у табл.. 4.

10

Таблиця 4. Визначення коефіцієнтів місцевих опорів

№ по пор.	Найменування показників	Вид місцевого опору	Номер досліду
			1	2		3
1	Діаметр труби d1, перед місцевим опором, м
2	Діаметр труби d2, після місцевого опору, м
3	Площа перерізу ω1, м2
4	Площа перерізу ω2, м2
5	Витрата води Q, м3/с
6	Середня швидкість води v1 перед місцевим опором, м/с
7	Середня швидкість води v2 після місцевого опору, м/с
8	Швидкісний напір до м.о.: αv12/2g, м
9	Швидкісний напір після м.о. :αv22/2g, м
10	П'єзометричний напір перед місцевим опором : Р1/γ , м
11	П'єзометричний напір після місцевого опору Р2/γ , м
12	Повна питома енергія перед місцевим опором: z1+Р1/γ+αv12/2g , м
13	Повна питома енергія після місцевого опору: z1+Р1/γ+αv22/2g , м
14	Втрати напору hМ з досліду, м
15	Коефіцієнт місцевого опору ξ
16	Температура води t °С
17	Число Рейнольдса, віднесене до перерізу перед місцевим опором, Rе
18	Коефіцієнт ξ по довіднику

7. 3а результатами вимірювань побудувати графік ξ = f(Rе)

Висновки: (зробити висновок про збігання значень коефіцієнта ξ , отриманого опитним шляхом, і визначеного по формулі. Зробити висновок, чи відповідає графік ξ = f(Rе) графіку теоретичної залежності..

11

ЛІТЕРАТУРА

1. Балінченко О.Й. Курс ТМРГ для студентів спеціальності ПЦБ. Конспект лекцій. Дон НАБА, 2010,

Електронні засоби навчання.

2. Смислов В.В. Гідравліка і аеродінаміка. - Київ: Вища школа, 1971. -347с.

12

ДОДАТОК

ТЕСТОВИЙ КОНТРОЛЬ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Тестові питання до заліку

лабораторної роботи №1 по дисципліні “ТМРГ” для спеціальності ПЦБ.

Тема лабораторної роботи " ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ВИМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ."

ВАРІАНТ 1 ст.гр.

ПІП

Питання	Варіанти відповіді
1. Тиск вимірюється в…	Па (Паскаль)	кг (кілограм)	Пз (Пуаз)	Ст (Стокс)
2. Напір вимірюється в…	кг (кілограм)	Ст (Стокс)	м (метр водного стовпа)	Дж (Джоуль)
3. Основне рівняння гідростатики...	z + p/γ = Н	P - z/γ =Н	z/γ +p = Н	z + Н/γ =р
4. 85 см водного стовпа будуть рівні приблизно … Па	0,85	85	8500	85000
Ртутний мановакууметр має шкалу в...	градусах	мм	паскалях	кг/см2
6. Атмосферний тиск вимірюється з допомогою...	манометра	барометра	термометра	вакууметра

13

Тестові питання до заліку

лабораторної роботи №1 по дисципліні “ТМРГ” для спеціальності ПЦБ.

Тема лабораторної роботи " ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ВИМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ."

ВАРІАНТ 2 ст.гр.

ПІП

Питання	Варіанти відповіді
1. Надмірний тиск вимірюється за допомогою...	манометра	барометра	термометра	тахометра
2. Якщо різниця між абсолютним тиском і атмосферним тиском менше нуля, то цей тиск називається...	манометричним	барометричним	вакууметричним	п’єзометричним
3. Якщо різниця між абсолютним тиском і атмосферним тиском більше нуля, то цей тиск називається...	манометричним	барометричним	вакууметричним	п’єзометричним
4. Вакууметричний тиск може вимірюватися з допомогою...	манометра	барометра	У-образного мановакууметра	п'єзометра
5. При атмосферному тиску не рівні нулю свідчення приладу...	вакууметра	мановакууметра	барометра	манометра
6. Підйом стовпчика води в порожній переверненій колбі, поміщеній під поверхню води з атмосферним тиском відбувається при наявності в колбі...	парціального тиску	манометричного тиску	вакууму	п'єзометричного тиску

14

Тестові питання до заліку

лабораторної роботи №1 по дисципліні “ТМРГ” для спеціальності ПЦБ.

Тема лабораторної роботи " ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ЗАМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ."

ВАРІАНТ 3 ст.гр.

ПІП ________

Питання	Варіанти відповіді
Па (Паскаль) – одиниця…	тиску в системі СГС	тиску в системі СІ	щільності в системі СІ	сили тиску в системі СІ
20 мм рт. ст. складають...	1,3 кг/см2	2 м вод. ст.	2668 Па	217 бар
3. Основне рівняння гідростатики...	z + Cоnst = р/ γ	P +z /γ = Const	z* γ +p/ γ =Const	z + p/γ = Const
4. Питома вага рідини пов'язана з її щільністю по формулі...	γ =ρ/g	ρ= γ*g	γ =ρ*g	γ= ρ+g
5. Метр водного стовпа – це тиск, більший ніж...	0,7 м рт. ст.	100000 Па	1000 Бар	1 кг/см2
6. Абсолютний тиск складається з тисків...	суми атмосферного, барометричного і вакууметричного	суми атмосферного і барометричного	різниці манометричного і вакууметричного	суми манометричного і вакууметричного

15

Тестові питання до заліку

лабораторної роботи №1 по дисципліні “ТМРГ” для спеціальності ПЦБ.

Тема лабораторної роботи " ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ЗАМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ."

ВАРІАНТ 4 ст.гр.

ПІП ________

Питання	Варіанти відповіді
Па (Паскаль) – одиниця...	1кг/м2	1кГ/м2	1 н/м	1н/м2
200 мм рт. ст. складають...	13,3 кг/см2	29,8 м вод. ст.	26680 Па	299 атм
3. Основне рівняння гідростатики...	z - p/γ = Н	P + γ /z = Н	z + p/γ = Н	z + Н = γ/р
4. Щільність рідини пов'язана з її питомою вагою по формулі...	ρ = γ*g	ρ = g + γ	ρ = g/γ	ρ = γ/g
5. Міліметр ртутного стовпа – тиск, більший, ніж...	0,7 м вод.ст.	0,1 кГ/см2	1000 Бар	100 Па
6. Абсолютний тиск складається з свідчень приладів:	суми - барометра, вакууметра і манометра	різниці - барометра і манометра	суми - барометра і вакууметра	суми - барометра і манометра чи різниці барометра і вакууметра

16

Тестові питання до заліку

лабораторної роботи №1 по дисципліні “ТМРГ” для спеціальності ПЦБ.

Тема лабораторної роботи " ДЕМОНСТРАЦІЯ ОСНОВНОГО РІВНЯННЯ ГІДРОСТАТИКИ. ЗАМІРИ ТИСКІВ. ВИЗНАЧЕННЯ АБСОЛЮТНОГО ТИСКУ."

ВАРІАНТ 5 ст.гр.

ПІП ________

Питання	Варіанти відповіді
1. Щільність рідини вимірюється в системі СІ в...	кг/м2	метрах	паскалях	кг/м3
2. 2 кГ/см2 складають...	20 м вод. ст	2000 Па	2000 мм рт. ст	200 бар
3. Основне рівняння гідростатики у формі тиску має вигляд...	р=р0h+ ρg	р=р0+ ρ/g h	р=р0+ ρg h	р0=р+ ρg/h
4. При абсолютному тиску нижче атмосферного свідчення тиску дасть прилад...	манометр	вакуумметр	п'єзометр	тонометр
5. У аудиторії атмосферний тиск...	завжди рівно 1 т.атм	завжди рівно 1 фіз. атм.	залежить від температури і вогкості повітря	залежить від часу доби
6. Абсолютний тиск на поверхні рідини у відкритій судині...	завжди вище атмосферного	завжди нижче атмосферного	рівно атмосферному	завжди рівно 1 фіз. атм.

17