2805

61

жидкость подается от насоса через ротаметры (один или оба) в ма-

гистраль А-В и затем, после крана VIII направляется через сливную магистраль в мерный бак.

Для выполнения лабораторной работы необходимо :

1)открыть вентиль II, краны VII и VIII. Вентиль I, краны III,IV,V

иVI должны быть закрыты ;

2)включить насос ;

3)краном VIII обеспечить минимально возможное устойчивое положение поплавка ротаметра Х ;

4)измерить время наполнения мерного бака и зафиксировать положение верхнего уровня поплавка н› ротаметра Х относительно

шкалы ротаметра ;

5) постепенно открывая кран VIII повторить работы по п.п. 3 и 4.

Необходимо сделать не менее пяти замеров x и Hx на различных расходах, причем последний замер должен производиться в диапа-

зоне Hx 90 100 делений ротаметра Х ;

6)дополнительно открыть кран I ;

7)добиться устойчивого положения верхнего уровня поплавка в ротаметре Y, не изменяя практически положения крана VIII ;

вать высоту H y поплавка в ротаметре Y ;

9) постепенно открывая кран VIII повторить работы по п.п. 7 и 8.

Количество замеров при этом должно быть не менее пяти, послед-

ний замер должен производиться в диапазоне Hy 90 100 деле-

ний ротаметра Y ;

10) отключить насос ;

62

11)закрыть вентили I и II, краны VII и VIII ;

12)определить действительные расходы жидкости Qx и Qy ;

13)построить в журналах лабораторных работ на миллиметровой

бумаге градуировочные кривые Hx f (Qx ) и H y f (Qy ) .

2.2.4.Порядок выполнения работы на ПЭВМ

1.Выполнить работы по п.п. 1-5, приведенным в разделе 2.1.4.

2.Нажатием клавиши Tab переместить курсор в меню фай-

лов

Q BASIC и при помощи клавиши ↓ установить его на разделе

Л.р. 2.bas.

3.Нажимая клавишу ENTER войти в файл программы Л.р. 2.bas.

4.Для запуска программы Л.р. 2.bas одновременно нажмите кла-

виши Shift и F5. На экране монитора откроется окно, содержащее

63

информацию в соответствии с рис.20.

Рис. 20. Содержание первого окна программы Л.р.2.bas.

5. В первой строке за знаком ? с помощью клавиатуры на место мигающего курсора установите положение вентиля В1, соот-

ветствующее значению 0 - клапан закрыт и нажмите клавишу

ENTER

6.Во второй строке за знаком ? на место мигающего курсора введите степень открытия вентиля В VIII в положении 1.

7.После нажатия клавиши ENTER в окне (см.рис. 20) можно на-

блюдать динамику протекания лабораторного процесса, по оконча-

нии которого появится команда «нажмите пробел».

8. После нажатия клавиши «пробел», откроется второе окно

(см.рис. 21), в котором появятся результаты измерений физических величин, фиксируемые в соответствующих графах табл. 13 отчета по лабораторной работе.

Рис.21. Содержание второго окна программы Л.р.2.bas.

9. После нажатия клавиши «пробел», вновь выполните работы по п.п.5 – 8, изменяя открытие вентиля B VIII от 1 до 7, а затем, проде-

лайте ту же работу, но при вентиле ВI в положении 1-открыт.

10. По окончании проведения процесса тарировки выполните ра-

боты в соответствии с требованиями п.п. 12-15, приведенными в разделе 2.1.4.

11. По формуле Q = V/τ определить действительные расходы жид-кости QX и Qy ;

65

Основным уравнением гидродинамики является уравнение Д.Бер-

нулли, устанавливающее взаимосвязь между давлением в жидкости и скоростью ее движения.

Уравнение Д.Бернулли, записанное для двух произвольно взятых сечений элементарной струйки (скорости в различных точках сече-

ния элементарной струйки одинаковы, а сама струйка с течением времени не изменяет своей формы) идеальной несжимаемой жидко-

сти, имеет вид

где Z - геометрическая высота или геометрический напор; (р / ) -

пьезометрическая высота или пьезометрический напор; (U2 / 2g) -

скоростная высота или скоростной напор.

Термин «высота» применяется при геометрической, а «напор» -

при энергетической интерпретации уравнения Д.Бернулли.

Трехчлен вида :

называют полным напором, под которым понимают удельную энер-

гию жидкости, отнесенную к единице силы тяжести. Первые два члена представляют собой удельную потенциальную энергию жид-

кости, а третий член - удельную кинетическую энергию.

Энергетический смысл уравнения Д. Бернулли заключается в том, что для элементарной струйки идеальной жидкости полный напор, т.е. сумма геометрического, пьезометрического и скоростно-

го напоров, есть величина постоянная во всех ее сечениях, т.е.

66

Таким образом , уравнение Д. Бернулли выражает закон сохра-

нения механической энергии движущейся жидкости, которая может иметь три формы: энергия положения, энергия давления и кинети-

ческая энергия.

С геометрической точки зрения уравнение Д. Бернулли может быть сформулировано так: для элементарной струйки идеальной жидкости сумма трех высот - геометрической, пьезометрической и скоростной, есть величина постоянная вдоль струйки. При этом члены уравнения Д. Бернулли имеют следующий физический смысл:

Z - расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плос-

кости сравнения до центра тяжести рассматриваемого сечения ;

(p / ) - пьезометрическая высота такого столба жидкости, кото-

рый у своего основания создает давление P, равное давлению в рас-

сматриваемом сечении элементарной струйки ;

(U2 / 2g) - высота, с которой должно упасть в пустоте тело, что-

бы приобрести скорость U.

При геометрической интерпретации уравнения Д. Бернулли вво-

дится понятие пьезометрической и напорной линий. Линия, соеди-

няющая сумму отрезков ( Z p / ), называется пьезометрической линией. Линия, соединяющая сумму отрезков ( Z p / U2 / 2g ),

называется напорной линией (для идеальной жидкости это горизон-

тальная линия).

Если вместо идеальной жидкости рассматривать жидкость ре-

альную (вязкую), в которой при движении происходят потери на

67

сопротивления, то уравнение Д. Бернулли для двух сечений элемен-

тарной струйки реальной жидкости имеет вид :

где hw потеря напора между рассматриваемыми сечениями струйки 1 и 2, включающая в себя потери напора на преодоление сил трения ( hТР ) и потери напора на местных сопротивлениях ( hМ ),

т.е. hw hМ hТР .

При переходе от элементарной струйки к потоку реальной (вяз-

кой) жидкости, имеющему конечные размеры и ограниченному стенками, необходимо учесть неравномерность распределения ско-

ростей по сечению, а также потери энергии. Уравнение Д. Бернулли

для потока реальной жидкости имеет вид :

энергии; V1 , V2 - соответственно, средние значения скоростей пото-

ка в сечениях 1 и 2. Коэффициент Кориолиса представляет собой отношение действительной кинетической энергии потока в данном сечении к величине кинетической энергии, вычисленной по средней скорости, и зависит от степени неравномерности распределения скоростей в поперечном сечении потока. Для ламинарного (слои-

круглой трубе критерием смены режимов является число Рейнольд-

са Re V d / , где V - средняя скорость движения жидкости в

68

трубе диаметром d; - кинематический коэффициент вязкости жид-

ление сопротивлений движению жидкости между двумя сечениями потока. Таким образом уравнение Д. Бернулли свидетельствует о том, что по длине потока реальной жидкости полный напор умень-

шается на величину потерь. Кроме того, по длине потока с увеличе-

нием скорости уменьшается давление (пьезометрический напор) и

наоборот, с увеличением давления скорости уменьшаются.

Необходимо помнить, что существуют три основных условия при-менимости уравнения Д.Бернулли :

1.Движение жидкости должно быть установившимся.

2.Расход между двумя рассматриваемыми сечениями должен быть постоянным.

3.Движение жидкости в сечениях должно быть параллельно струйным.

Уравнение Д. Бернулли может быть изображено графически. Для этого по оси абсцисс откладывают расстояние между сечениями трубопровода, а по оси ординат - значения соответствующих напо-

ров для этих же сечений. Обычно, чтобы иметь полную характери-

стику трубопровода, строят пьезометрическую линию, соединяю-

69

Расстояние от пьезометрической линии до плоскости сравнения указывает в каждом сечении потока величину пьезометрического напора, а расстояния от линии полного напора до плоскости срав-

нения дают значения гидравлического напора в соответствующих сечениях трубопровода.

График полного напора является нисходящей линией, так как часть напора hw затрачивается на преодоление сопротивлений дви-

жению. Пьезометрическая линия может и повышаться и понижать-

ся. При равномерном движении, т.е. когда средняя скорость на рас-

сматриваемом участке во всех сечениях одинакова, напорная и пье-

зометрическая линии представляют собой взаимно параллельные прямые.

2.3.2. Методика выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на приборе Д. Бернулли, опи-

сание которого дано в разделе 2.2.2, а расчетная схема приведена на рис. 19. При выполнении лабораторной работы используется экспе-

риментально-теоретический метод с графическим представлением результатов расчетов. Экспериментально определяются пьезомет-

рическая линия и расход жидкости при ее установившемся движе-

нии. Затем вычисляются скоростной и полный напоры потока. Ре-

зультаты изображаются графически в виде пьезометрической и на-

порной линий.

2.3.4. Порядок выполнения работы на приборе Д. Бернулли

70

1. Подсоединить исследуемый участок ЕN трубопровода, пере-

крыв краны V, VI, VII, VIII и открыв краны III и IV.

2. При закрытом вентиле II включить насос, а затем, постепенно открывая вентиль II, установить в трубопроводе произвольный по-

стоянный расход воды.

3.При установившемся движении воды в трубопроводе записать показания ротаметра и показания пьезометров р/ .

4.По показателям ротаметра и тарировочному графику опреде-

лить расход воды Q в трубопроводе.

5. Определить скорости движения жидкости во всех сечениях тру-бопровода V = Q / ω, где площадь живого сечения трубо-

провода.

6. По величине средней скорости V, диаметру соответствующего

участка трубопровода d и величине кинематического коэффициента

булентного режима течения жидкости.