ВІЙСЬКОВА АКАДЕМІЯ ФАКУЛЬТЕТ ПІДГОТОВКИ СПЕЦІАЛІСТІВ МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІЙСЬК Кафедра технічного забезпечення МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА з навчальної дисципліни “Гідравліка, гідро- і пневмоприводи” Розділ І. ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ ТЕМА 4. Основні поняття гідродинаміки. Кінематика і динаміка рідин ЗАНЯТТЯ 7. Дослідження режимів руху рідини Лабораторне заняття Одеса

ВІЙСЬКОВА АКАДЕМІЯ ФАКУЛЬТЕТ ПІДГОТОВКИ СПЕЦІАЛІСТІВ МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
Кафедра технічного забезпечення
	ЗАТВЕРДЖУЮ
	Завідувач кафедри технічного забезпечення, доктор технічних наук,
	працівник ЗСУ Б.О. ДЕМ’ЯНЧУК “____” ___________ 2014 року
МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА
для проведення заняття з навчальної дисципліни
“Гідравліка, гідро- і пневмоприводи” Розділ І. ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ ТЕМА 4. Основні поняття гідродинаміки. Кінематика і динаміка рідин ЗАНЯТТЯ 7. Дослідження режимів руху рідини Лабораторне заняття
		Обговорена на засіданні кафедри технічного забезпечення
		“_____” __________________20 __ р.
		Протокол № ________
м. Одеса

НАВЧАЛЬНО-ВИХОВНА МЕТА

1. Повторити з курсантами основні визначення та поняття даної теми.

2. Нагадати курсантам основні формули, необхідні для визначення режимів руху рідини.

3. Закріпити теоретичний матеріал шляхом самостійного виконання розрахункових та графічних робіт.

Розрахунок часу

Навчальні питання	Час (хв.)
І. Вступна частина заняття	12
ІІ. Основна частина заняття	75
Вступ	3
1-е навчальне питання. Дослідження ламінарного та турбулентного режимів руху рідини	35
2-е навчальне питання. Визначення критичного числа Рейнольдса	35
Закінчення	2
ІІІ. Заключна частина заняття	3

МАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

1. Конспект лекцій

2. Плакати

ЛІТЕРАТУРА

1. Альштуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика.- М.: Стройиздат, 1975. -324 с.

2. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. -316 с.

3. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы /Т.М.Башта, С.С. Руднев, Б.Б.Некрасов, О.В. Байбаков, Ю.Л. Кирилловский - М.: Машиностроение, 1970.-502 с.

4. Лабораторный практикум по гидравлике, гидравлическим машинам и гидроприводам. /С.М. Казарян , А.Ш Барекян, Д.Д. Скубаренко, А.К Челышев.- Ереван: Луйс, 1984. – 319с.

5. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. - М.: Машиностроение, 1979. -318 с.

ЗАВДАННЯ КУРСАНТАМ НА САМОСТІЙНУ РОБОТУ

1. Самостійно закріпити основні визначення та поняття теми.

2. Самостійно закріпити основні формули, необхідні для проведення розрахунків.

3. Самостійно виконати графічну частину лабораторного заняття.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

1. Напередодні лабораторного заняття переконатися що курсанти закріпили знання, одержані ними під час проведення лекції. Вступ. Подати заявку начальнику лабораторії на підготовку класу до практичного заняття.

2. Перед початком лабораторного заняття переконатися, що клас готовий до його проведення.

3. При проведенні вступної частини заняття після перевірки наявності курсантів нагадати курсантам, які питання вони вивчили на минулому занятті і провести коротке опитування курсантів. Провести розбір відповідей, залучаючи до розбору питання курсантів, кожному опитаному курсанту оголосити оцінку. Оголосити тему та мету заняття, навчальні питання. Зазначити взаємозв’язок вивчення даної теми з попередніми темами.

4. В ході проведення заняття застосовуються наступні прийоми:

– визначення ступеню підготовки курсантів до заняття за допомогою письмового опитування;

• наведення прикладу розв’язання задачі на дану тему на дошці;

• курсанти самостійно за допомогою конспекту розв’язують задачі.

5. При проведенні заключної частини заняття підвести підсумки заняття, визначити ступінь досягнення начальної мети. Нагадати тему заняття, відповісти на запитання, провести аналіз активності курсантів. Дати завдання на самостійну роботу.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Техніка безпеки при виконанні лабораторних робіт

До виконання лабораторних робіт курсанти допускаються лише після інструктажу з техніки безпеки, що проводиться викладачем, який веде заняття, або завідуючим лабораторією з відповідним записом в спеціальному журналі та підписами кожного студента. Інструкція з техніки безпеки до кожної роботи знаходиться на загальному стенді інструктивних документів у лабораторії. Журнал інструктажу зберігається у завідуючого лабораторією.

Лабораторія гідравліки обладнана експериментальними установка­ми з використанням скла і скляними приладами, які потребують акура­тного поводження для уникнення порізів. Мокра долівка в при­міщенні лабораторії, покрита кахлями, може бути причиною падіння й отримання травм. Крім того, у підлозі є отвори та канали, які закриті дерев’яними підйомними щитами, що потребує особливої уваги під час пересуван­ня.

Приступати до виконання лабораторних робіт без інструктажу з техніки безпеки, а також при незнанні експериментальної установки й порядку проведення дослідів не дозволяється.

Включати установку в роботу без дозволу викладача або учбового майстра забороняється.

При виникненні будь-яких несправностей необхідно зупинити про­ведення лабораторної роботи, вимкнути установки й повідомити про це учбового майстра, завідуючого лабораторією або викладача.

Курсанти, які знаходяться в лабораторії, повинні дотримуватися дисципліни, підтримувати порядок і бути гранично уважними.

2. Загальні методичні вказівки до виконання лабораторних робіт

Усі лабораторні роботи виконуються в приміщенні лабораторії гідравліки кафедри "Гідравліки, водопостачання та водовідведення" згідно розкладу занять.

Для підвищення якості процесу навчання необхідно заздалегідь підготу­ватися до виконання чергової лабораторної роботи. До такої підго­товки входить засвоєння змісту й послідовності проведення лабо­раторної роботи, а також вивчення можливостей і похибок вимірюваль­ної техніки. Основні відомості для виконання лабораторних робіт ви­кладені в цьому лабораторному практикумі, а також у рекомендованій літературі з відповідної теми курсу.

Із метою інтенсифікації виконання робіт у лабораторному журналі наведені схеми лабораторних установок, таблиці для занесення до­слідних даних та результати розрахунків, координатні сітки для побудови залежностей, а також передбачено місце для запису основних положень теорії і проведення необхідних розрахунків.

Під час обробки дослідних даних необхідно уважно стежити за до­держанням одиниць величин, які підставляються у формули, тому що невиконання цієї вимоги призводить до найбільш поширених помилок. У розрахунках необхідно використовувати тільки одиниці міжнародної системи (СІ).

Якщо в тій чи іншій лабораторній роботі величини, які визна­чаються можуть бути одержані не тільки експеримен­тально, а й теоретично, то необхідно порівняти дослідні й розрахункові значення, дати пояснення точ­ності одержаних результатів і якості лабораторної установки.

Курсанти, які пропустили з будь-якої причини заняття за розкла­дом, відпрацьовують лабораторні роботи за спеціальним графіком, одержавши попередньо допуск до їх виконання.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

Мета роботи – навчитися розрізняти ла­мінарний та турбулентний рухи рідини візуальним спостереженням, встановити їх взаємозв’язок з числом Рейнольдса, визначити функціональну залежність втрат напору від швидкості руху рідини.

Загальні положення

Гіпотезу про існування двох режимів руху рідини висловив Д.І. Мен­делеєв. Експериментально це припущення довів у 1883 році англійсь­кий фізик О. Рейнольдс, пропускаючи воду з різними швидкостями через скляну трубку. Разом із водою до вісі трубки підводилась зафарбована рідина. У досліді були помічені два явно різних режими.

Якщо взяти прозору трубу, в якій з невеликою швидкістю V₁ тече прозора рідина, наприклад, вода. У цей потік помістити невеликі, значно менші, ніж діаметр потоку, трубки. У трубках під натиском знаходиться підфарбована рідина, наприклад, кольорове чорнило, яка може з них витікати, якщо відкрити крани К.

Відкриватимемо їх на короткий час (1-3 секунди) і припиняти подачу чорнил через якісь проміжки часу так, щоб можна було прослідити рух кольорової рідини. У такому разі в потоці виникатимуть різноколірні струмені, причому кольорова рідина явно показуватиме розподіл швидкостей (епюра швидкостей) по перетину потоку. Цей розподіл відповідатиме струминній моделі потоку.

Рис. 1

Якщо спостерігати за рухом рідини, то можна ясно бачити, що при переміщенні від перетину 1 до перетину 2 картина розподілу швидкостей залишатиметься постійною, а рух рідини буде шаруватим, плавним, всі струминки потоку будуть паралельні між собою. Такий рух носить назву ламінарного (від латинського слова lamina - шар)(рис.1).

Якщо підвищити швидкість основного потоку до величини V₂ и повторити експеримент з різнокольоровими струминами, то епюри швидкостей немов

Рис. 2

витягнуться, а характер руху залишиться таким же, ламінарним (рис. 2). Зауважимо, що коефіцієнт кінетичної енергії α, який входить у рівняння Бернуллі і який враховує відношення дійсної кінетичної енергії потоку до кінетичної енергії, поліченої з використанням середньої швидкості, при "витягуванні" епюри швидкостей зростає.

Рис. 3

Якщо ще підвищити подачу рідини до швидкості V₃, то епюри швидкостей можуть витягнутись ще більше і при цьому течія буде спокійною, плавною – ламінарною. Коефіцієнт α наближатиметься до значення 2 (рис. 3).

Проте до безкінечності збільшувати швидкість при ламінарному режимі руху потоку неможливо. Обов'язково настане такий момент, коли характер руху рідини радикально зміниться. Кольорові струмини почнуть спочатку вагатися, потім розмиватися і інтенсивно перемішуватися. Перебіг потоку стає неспокійним, з постійним вихороутворенням. Епюра розподілу швидкостей по перетину потоку наблизиться до прямокутної форми, а значення швидкостей в різних перетинах потоку стануть практично рівні середній швидкості руху рідини. Значення коефіцієнта кінетичної енергії α наближається до 1.

Р ис. 4

Такий рух рідини називається турбулентним (від латинського слова turbulentus - збурений, безладний)(рис. 4).

Експерименти показують, що значення швидкості прямо пропорційні кінематичному коефіцієнту в'язкості рідини і зворотньо пропорційні до діаметру трубопроводу d (для найчастіше вживаних труб круглого перетину) або гідравлічному радіусу потоку R (для інших типів труб і русел).

^або

У цих виразах коефіцієнти і - безрозмірні величини, однакові (близькі за даними різних експериментів) для всіх рідин (і газів) для будь-яких розмірів труб і перетинів потоку. Надалі ми розглядатимемо лише напірні потоки в трубах круглого перетину.

Безрозмірний коефіцієнт називається критичним числом Рейнольдса за прізвищем англійського вченого-фізика, який досліджував у1883 р. два режими руху рідини. Цей коефіцієнт позначається:

Слід відмітити , що під характерним лінійним розміром d розуміють: діаметр трубопроводу, ширину каналу, ширину трубопроводу не круглої форми, зазор між валом і шийкою корпуса і т.п.

Якщо в турбулентному потоці поступово зменшувати середню швид­кість V, то при деякому її значенні турбулентний рух може майже раптово перейти в ламінарний. Це відбувається при меншому значенні швидкості, ніж перехід ламінарного руху в турбулентний.

Перехід від ламінарної течії до турбулентної відбувається при певному значенні числа Re, котре у даному випадку називається критичним. Як показують досліди, для труб круглого перетину Re_кр=2300.

Таким чином, критерій подібності Рейнольдса дозволяє встановлювати режим руху рідини у трубах. При Re<Re_кр рух є ламінарним, при Re>Re_кр  турбулентним. Розвинутий турбулентний рух у трубах встановлюється при Re=4000, а при Re=23004000 має місце перехідний режим.