3474

УДК 532

Гидравлика [Текст] : методические указания к выполнению расчетной части лабораторных работ с использованием ЭВМ для студентов технических специальностей / А.П. Новиков, И.Ю. Кондратенко, В.П. Белокуров, Г.А. Денисов ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО

«ВГЛТА». – Воронеж, 2007. – 40 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент канд. техн. наук, доц. кафедры механики ВГАУ И.Б. Журавец

3

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемые методические указания предназначены для студентов технических специальностей, изучающих дисциплины «Гидравлика», «Гидро- и пневмопривод», «Гидро- и пневмопривод на автомобильном транспорте». Являются приложением к программному комплексу лабораторных работ, выполняемых студентами, как вспомогательный материал для выполнения расчетов на ЭВМ и подготовки к защите лабораторных работ.

Развитие современной электронно-вычислительной техники и ее программного обеспечения на мировом уровне позволило сделать значительный прорыв в различных отраслях науки и техники. В настоящее время при приеме специалистов на работу необходимо знать средства ЭВМ. На кафедре Энергетики и гидравлики ВГЛТА создан пакет программ, написанных в программной оболочке MS Excel (ОС Windows) по автоматизации расчетов и получению результатов в численном и графическом видах. Количество программ соответствует полному объему лабораторных работ, проводимых студентами на лабораторных занятиях по соответствующим дисциплинам. За основу разработки взяты методические указания для выполнения лабораторных работ «Гидравлика и гидропривод».

Основной целью при создании программного продукта явилась необходимость приобщения студентов к средствам электронно-вычислительной техники. Наравне с облегчением труда учащихся (отсутствие самостоятельных расчетов лабораторных работ) они получают следующие преимущества:

- приобщение к современным программным продуктам и средствам

ЭВМ;

-быстрый и интересный процесс проведения расчетов;

-четкость и безошибочность результатов вычислений;

-наглядность полученных результатов.

4

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ

Подготовка к лабораторной работе и проведение эксперимента выполняется в соответствии с базовым методическим руководством для выполнения лабораторных работ «Гидравлика и гидропривод» и требованиями ведущего преподавателя дисциплины.

К расчетной части лабораторной работы допускаются студенты, выполнившие экспериментальную часть работы. По согласованию с преподавателем расчетную часть лабораторной работы, проводимой в компьютерном классе кафедры, первой проводит та рабочая группа студентов, которая раньше всех остальных групп выполнила эксперимент. После проведения расчетов и получения результатов в компьютерный класс допускается следующая рабочая группа и т.д. Для выполнения расчетного задания на ЭВМ каждый студент должен иметь при себе тетрадь с заполненной таблицей экспериментальных данных.

Работа на компьютере начинается с включения блока питания, принтера, монитора, системного блока компьютера. После загрузки операционной системы Windows или, в случае когда компьютер находится в рабочем состоянии, при помощи «мыши» на рабочем столе активизируется (выбирается) папка «Лабораторные по гидравлике» и запускается одна из программ с соответствующим номером выполняемой студентом работы.

В активном окне MS Excel отображаются (рис. 1): номер лабораторной работы, ее название, данные о студенте, выполняющем работу, дата проведения работы, таблицы исходных данных и результатов расчетов.

Рис. 1 Общий вид рабочего листа программы «Лабораторная работа №7»

5

Следует обратить особое внимание на области рабочего поля, выделенные определенным цветом, которым соответствуют ячейки:

-белого цвета (поз. а) – без возможности изменения и редактирования, при попытке изменить данные в этих ячейках программа выдает сообщение об ошибке, для устранения этого сообщения и возврату к работе необходимо нажать кнопку «ОК».

-синего цвета (поз. б) – для непосредственного ввода данных о студенте, вспомогательных и экспериментальных данных;

-зеленого цвета (поз. в) – включающие исходные данные, рекомендуемые или постоянно используемые в лабораторных работах. Корректировка этих данных нежелательна, но при необходимости (по требованию преподавателя), возможна, т.к. не ограничена в свободном доступе, аналогично полям синего цвета.

Таким образом, ячейки синего и зеленого цветов являются рабочим полем для ввода данных.

Работа выполняется следующим образом. Студентом заполняются данные о себе (рис. 1, поз. 1, 2). Затем заполняются рабочие ячейки таблицы экспериментальных данных (рис. 1, поз. 3). После ввода данных необходимо перевести курсор из последней заполненной ячейки в любую другую (путем нажатия клавиши [Enter] или клавиш со стрелками, или перевести «мышью» курсор на другое поле и активизировать его).

Расчет результатов эксперимента производится в процессе ввода данных. Итоговые значения можно получить лишь после выполнения последней из указанных в программе процедур. Таким образом, программное обеспечение представляет данные результатов расчетов, а также графики или диаграммы, построение которых происходит автоматически на основании полученных расчетных значений.

Для того чтобы посмотреть все полученные величины, необходимо при помощи «мыши» переместить бегунки 1 и 2 (рис. 2) в соответствующее удобное положение. Того же результата можно достичь, используя стрелки управления на клавиатуре, свободно перемещая курсор по ячейкам. Просмотр графиков или диаграмм возможен путем переключения на один из «листов», вложенных в «книгу» программной оболочки (рис. 2, поз. 3). Возврат на рабочий лист производится аналогичным образом.

На основании результатов необходимо обратить внимание на полученные значения и графики. При отклонении результатов от необходимых по согласованию с преподавателем следует выполнить одно из условий:

а) повторить эксперимент (при значительных отклонениях); б) скорректировать исходные данные и произвести перерасчет (при не-

значительных отклонениях); в) оставить полученные результаты в том виде, в котором они получи-

лись, а в процессе защиты лабораторной работы объяснить сущность этих отклонений.

6

Рис. 2 Общий вид программной оболочки MS Excel

После общего анализа необходимо распечатать рабочий лист, графики и диаграммы. Печать производится только листа активного окна программы (рабочий лист или графики). Для вывода результатов расчетов на печать необходимо в верхней панели оболочки MS Excel при помощи «мыши» нажать на клавишу с изображением принтера (рис. 2, поз. 4). Того же результата можно достичь путем одновременного нажатия клавиш [Ctrl] [P] или выбором с помощью «мыши» меню «Файл» (рис. 2, поз. 5), а затем подменю «Печать…», после этого появится окно установок принтера, в котором необходимо нажать клавишу «ОК».

Результаты лабораторной работы оформляются согласно методическому руководству для выполнения лабораторных работ «Гидравлика и гидропривод» и требованиям ведущего преподавателя. Защита лабораторной работы проходит на следующем занятии. При этом студент должен не только подготовиться по контрольным вопросам, но и разобраться в результатах, полученных с использованием ЭВМ.

Отчет по лабораторным работам оформляется с использованием распечатанных на принтере листов результатов расчетов работы и оформлением их в рабочей тетради.

С целью более полного понимания проведения расчетов курса лабораторных работ, с использованием пакета программ, в приложении данного методического пособия приведены расчетно-графические примеры, используемые в предложенном программном продукте.

7

ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ Лабораторная работа № 1

Измерение давления и исследование его распределения в жидкости, находящейся в абсолютном покое

На основании данных, полученных при проведении эксперимента, приступают к расчетно-аналитической части.

Исходными неварьируемыми данными (константами) для расчетов избыточного и абсолютного давлений являются:

-глубина точки присоединения пьезометра h = 0,09 м;

-плотность воды ρвода = 1000 кг/м3;

-ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2;

-возможная ошибка при подсчете уровня жидкостей в манометрах М1 М2 и в пьезометре П составляет δh = 0.001 м.

Варьируемыми величинами являются:

-плотность масла в манометре М2, рекомендуется брать в пределах

ρмасла = 800…950 кг/м3;

-атмосферное давление Pатм, определяется по показанию барометра на

момент проведения эксперимента, мм.рт.ст; - показания манометров М1, М2 и пьезометра П, см.

После заполнения полей для ввода данных итоги расчета, проведенные автоматически, формируются в таблице «Результаты расчетов лабораторной работы по полученным экспериментальным данным» (рис. 3). Формируются графики зависимости давления над поверхностью жидкости и внутреннего давления жидкости, в зависимости от разности показаний манометрических столбов. Построение графиков производится на отдельном листе с целью визуального определения отклонений манометрических показаний и показаний пьезометра в зависимости от величины давления, созданного в рабочих узлах стенда.

Результаты расчетов проводятся на основании формул, представленных

ниже.

Избыточное давление над поверхностью жидкости по показаниям манометров М1 и М2 определяется по формуле

Рo = ρi g hi 10−5 , кПа,

где ρί – плотность рабочей жидкости манометра, кг/м³; hi – разность показаний в левом и правом коленях манометра, см.

Избыточное давление в глубине жидкости рассчитывается по показаниям пьезометра П

Р = ρводы g hп 10−5 , кПа

или определено пересчетом показаний манометров М1 и М2

8

Р = Ро + ρводы g hп 10−5 , кПа,

где hn – разность измеренного и исходного уровней воды в пьезометре П, см. Абсолютное давление определяется исходя из основного уравнения

гидростатики

Pa = Pатм 0,133 ± Р, кПа,

где Ратм – атмосферное давление, мм.рт.ст. Относительная ошибка определения давления

δ = hi δ10h −2 100 , %,

где hi – высота столба жидкости, используемого при вычислении избыточно-

го давления, см.

Результаты работы оформляют и защищают в соответствии с рекомендациями к выполнению лабораторных работ, изложенных выше.

Графики, построенные по результатам лабораторной работы (рис.4), показывают линейно-возрастающую функцию зависимости изменений абсолютного давления в системе. Отклонения между графиками характеризуют погрешность в измерениях и точность приборов, с помощью которых производятся измерения.

9

Рис. 3 Рабочий лист лабораторной работы № 1

10

Рис. 4 Графики зависимости давлений (Лабораторная работа № 1)