3474

11

Лабораторная работа № 2

Исследование относительного покоя жидкости во вращающемся сосуде

Экспериментальные данные работы:

-радиус точки на свободной поверхности R, м;

-показания координат свободной поверхности при фиксированной частоте вращения n вертикальной шкалы ZЭ(n), см;

-частота вращения сосуда n, об/мин.

Для определения точки свободной поверхности абсолютно покоящейся жидкости необходимо замерить показания координат свободной поверхности в любой ее точке. В случае если эксперимент проводится при меньшем в отличие от заданного количестве режимов вращения сосуда, строчки исходных данных отсутствующих режимов следует оставлять незаполненными.

Результаты расчета лабораторной работы по полученным экспериментальным данным автоматически заносятся в таблицы, под соответствующими заголовками для каждого из исследуемых режимов вращения сосуда (рис. 6).

В качестве наглядного материала приводятся графики теоретического и экспериментального профилей свободной поверхности жидкости для двух режимов (n = 80 об/мин, n = 120 об/мин), изображенных на рисунках 7, 8. Расчет результатов данных в предложенном программном продукте производится на основании нижеследующих уравнений.

Теоретическую кривую, характеризующую форму поверхности жидкости при относительном покое, можно построить на основании формулы

ZТ = ω2 (R 10−2 )2 , м, 2g

где ω – угловая скорость вращения сосуда, с-1; R – радиус точки на свободной поверхности, м.

Угловая скорость определяется по формуле

ω = π30n , с-1.

Экспериментальная вертикальная координата точки на свободной поверхности жидкости выражается формулой

Z = (ZЭО (n) − ZЭ (n)) 10−2 , м,

где ZЭО(n) – вертикальная координата точки свободной поверхности жидкости при R = 0 м.

Относительная ошибка определения точек поверхности находится следующим образом:

Z = ZТZ−Z 100 , %.

Результаты работы оформляют и защищают в соответствии с указаниями к выполнению лабораторных работ, изложенными в основной части данного методического пособия.

12

Рис. 6 Рабочий лист лабораторной работы № 2

13

Рис. 7 Графики профиля свободной поверхности жидкости при n = 80 об/мин (Лабораторная работа № 2)

14

Рис. 8 Графики профиля свободной поверхности жидкости при n = 120 об/мин (Лабораторная работа № 2)

15

Лабораторная работа № 3

Исследование режимов движения жидкости

Как видно из рабочего листа программы (рис. 9), в работе исследуются два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Экспериментальные данные и результаты расчетов данной работы представлены в одной таблице.

Основными неварьируемыми данными в работе являются:

-площадь зеркала мерного бака S = 0,019 м2;

-диаметр рабочей трубки d = 0,018 м;

-сечение рабочей трубки ω = 0,0002 м2.

Вкачестве варьируемых величин, определяемых экспериментальным путем, выступают:

-температура рабочей жидкости t, oC;

-изменение уровней жидкости в баке МБ за определенный промежуток

времени, определяемая по водомерному стеклу бака y , см; - время изменения уровня жидкости в баке τ , с.

Результаты расчетов выполнены на основании нижеприведенных фор-

мул.

Объем воды, прошедшей через сечение рабочей трубки за определенный промежуток времени, находится по формуле

где t – температура воды, оС.

Число Рейнольдса, характеризующее режим течения жидкости вычисляется из уравнения

Re = Vdν ,

где d – диаметр трубы (линейный размер), м.

График, сформированный на основе результатов вычислений (рис.10), показывает, каким образом изменяется число Рейнольдса, в зависимости от скорости истечения жидкости. Таким образом можно графически определить скорость движения воды в момент перехода ее из стационарного режима в турбулентный.

16

Рис. 9 Рабочий лист лабораторной работы № 3

17

Рис. 10 Графики зависимости скорости жидкости от Re, работа № 3

18

Лабораторная работа № 4

Исследование законов сохранения энергии и сохранения массы применительно к потоку жидкости

В качестве исходных данных работы выступают показания пьезометров (Пn) и скоростных трубок Пито (ТПn), см.

На основе полученных экспериментальных данных производят расчет следующих величин.

Скорость жидкости в сечениях 1, 3, 5 определяется из уравнения Бернулли для случая горизонтального расположения трубы:

2Vgi = (H ТПi − H Пi ) 10−2 , м,

из которого получается формула Торичелли

Vi = 2g(H ТПi − H Пi ) 10−2 , м,

где g – ускорение свободного падения, м/с2; НТПi – полный напор в i-й трубке

где а – ширина канала (величина постоянная, а = 0,01 м); bmax – максимальная высота канала (bmax = 0,03 м).

Площадь сечения 3 определяется как

ω3 =ωmin = a bmin , м2,

где bmin – минимальная высота канала (bmin = 0,03 м).

Среднее значение расхода жидкости вычисляется на основании форму-

лы

Qср = Q1 +Q3 +Q5 , м3/с.

3

Гидравлические потери в канале на участках 1-5 можно определить на основании разностей полных напоров в системе в заданных сечениях:

hW = (H ТП1 − H ТП5 ) 10−2 , м.

Величина К определяется по формуле

К = hW , с/м2.

Qср2

Результаты расчетов отображаются в соответствующей таблице на рабочем листе (рис.11).

Для лучшего понимания изменения статического и полного напоров приведены графики их изменения во всех пяти сечениях (рис. 12, 13). Из графиков видно, что скоростной и статический напор компенсируют друг друга.

19

Рис. 11 Рабочий лист лабораторной работы № 4

20

Рис. 12 Графики гидростатических напорных линий (Лабораторная работа № 4)