Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии. Учебно-методическое пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Кафедра «Путь и путевое хозяйство»
Т.А. ЛУПИНА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УЧЕБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ГИДРАВЛИКЕ И ГИДРОЛОГИИ
Учебно-методическое пособие
для студентов специальности 23.05.06 «Строительство
железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»
Москва – 2021
1
УДК 556
Л 85
Лупина Т.А. Экспериментальные учебные исследования по
гидравлике и гидрологии: Учебно-методическое пособие. – М.: РУТ
(МИИТ), 2021. – 51 с.
Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по
дисциплине «Гидравлика и гидрология» разработано в помощь студентам
специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и
транспортных тоннелей» специализаций «Строительство
магистральных железных дорог», «Управление техническим состоянием
железнодорожного пути».
Предлагаемое руководство включает работы, охватывающие
общие вопросы гидростатики и гидродинамики, а также вопросы
изучения гидравлических сопротивлений, режимов движения, потерь
гидравлической энергии при равномерном и неравномерном напорном
движении жидкости, исследования особенностей безнапорного
движения, работы водосливов и сопряжения бьефов.
Рис. 11, табл. 4, библиогр. назв. 6.
Рецензент:
Заместитель директора Департамента эксплуатации АО «Скоростные
магистрали» С.В. Федин.
© РУТ (МИИТ), 2021
2
Введение
Настоящее учебно-методическое пособие разработано в
помощь студентам при выполнении лабораторных работ по
дисциплине «Гидравлика и гидрология» и посвящено
освоению следующих тем: «Гидростатика», «Основы
гидродинамики», «Гидравлические сопротивления»,
«Движение жидкости в напорных трубопроводах»,
«Равномерное движение жидкости в открытых руслах»,
«Водосливы», «Установившееся неравномерное движение в
открытых руслах и сопряжение бьефов».
Данное руководство включает работы, охватывающие
общие вопросы гидростатики и гидродинамики, а также
вопросы изучения гидравлических сопротивлений, режимов
движения, потерь гидравлической энергии при равномерном и
неравномерном напорном движении жидкости, исследования
особенностей безнапорного движения, работы водосливов и
сопряжения бьефов.
Все эти работы имеют большое учебное значение, так
как обеспечивают студентам возможность самостоятельного
проведения экспериментов, обобщения получаемых опытных
данных и осмысления выводов, которые в курсе лекций
излагались на основе схем и теоретических зависимостей, а
также учат решать вопросы исследовательского характера.
В настоящем издании представлены подробно все
необходимые пояснения и справочные материалы, что
позволяет студентам получить на занятии всю требующуюся
для измерений и расчетов информацию и существенно
сокращает затраты труда.
Каждая учебно-исследовательская работа
оформляется на соответствующем бланке путем
дорисовывания схемы опытной установки, записи формул,
результатов измерений и вычислений, построения графиков.
3
Результаты лабораторных исследований должны быть
представлены студентом преподавателю в конце занятия по
данной теме, проверены преподавателем и зачтены.
При составлении описания лабораторных работ и
экспериментальных учебных исследований использовался
опыт их проведения в Гидравлической лаборатории им. проф.
Ф.Е. Максименко РУТ (МИИТ).
Техника безопасности при работе в гидравлической
лаборатории
1. К работе в гидравлической лаборатории студент
может быть допущен только после прохождения инструктажа
по проведению лабораторных работ и усвоения безопасных
методов их выполнения, о чем студент должен расписаться в
журнале по технике безопасности.
2. Перед выполнением лабораторной работы
необходимо тщательно изучить описание лабораторной
установки (стенда) и порядок действий при выполнении
измерений.
3. К выполнению лабораторной работы студенты могут
приступать после того, как за каждым из них закреплено
рабочее место и установлен порядок действий.
4. Непосредственно к работе на стенде студент может
быть допущен только под руководством преподавателя и
лаборанта, ответственного за технику безопасности.
5. Измерительные приборы и инструменты следует
использовать только по прямому назначению.
6. Нельзя пользоваться неисправными приборами и
инструментами, о любой неисправности необходимо
сообщить преподавателю.
7. При выполнении работ могут возникнуть проблемы
из-за неправильного обращения с измерительной
4
аппаратурой. В таких случаях необходимо прекратить работу
и обратиться к преподавателю.
8. Категорически запрещается разбирать приборы или
пытаться устранять неисправности самостоятельно.
5
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ И
ТОЧНОСТИ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ
Цель работы: Овладение методикой и техникой определения
избыточного (манометрического)
(вакуумметрического)
давлений с помощью жидкостных
и недостаточного
и пружинных приборов.
Для измерения давлений в неподвижной жидкости
порядка 1
Н/м2 применяются жидкостные
приборы: пьезометры и водяные вакуумметры; а в диапазоне
Н/м2 - пружинные приборы: манометры и
пружинные вакуумметры.
Рисунок 1. Схема для определения
гидростатического давления в точках жидкости
Гидростатическое давление при абсолютном равновесии
однородной несжимаемой жидкости выражается основным
уравнением гидростатики
6
,
где
– давление на свободную поверхность жидкости,
рис. 1;
- давление от элементарного столба жидкости,
расположенного над исследуемой точкой;
– удельный вес жидкости;
- высота столба жидкости над точкой (или глубина
погружения данной точки жидкости под свободную
поверхность).
Экспериментальная установка и проведение опытов
Избыточное давление измеряют с помощью установки,
представленной на рис. 2, в трубке А-В с помощью двух
приборов: водяного пьезометра и пружинного манометра.
Измеряемое давление создается весом воды, расположенной в
пьезометре от уровня свободной поверхности до оси трубки
А-В.
Рисунок 2. Установка для измерения избыточного давления
7
Вакуумметрическое давление измеряется с помощью
установки, представленной на рис. 3, в трубке А'-В' с
помощью двух вакуумметров: водяного 1 и пружинного 2.
Измеряемое разрежение создается весом воды,
расположенной в водяном вакуумметре от уровня свободной
поверхности до оси трубки А'-В'.
Рисунок 3. Установка для измерения вакуумметрического давления
В гидравлической лаборатории обе установки
расположены на общем стенде. После ознакомления с
устройством опытной установки приступают
непосредственно к измерениям.
Сначала измеряют высоты столбов воды в водяных и
пружинных приборах: пьезометре
, манометре и пружинном вакуумметре
и водяном вакуумметре
. При этом
отсчеты по шкалам должны браться по нижней точке
вогнутого мениска жидкости так, чтобы глаза производящего
измерения находились на одном с ним уровне.
8
Затем снимают показания пружинных приборов
Прибор
Избыточное
давление
Вакуумметрическое
давление
Водяной
пьезометр
-
Пружинный
манометр
-
Водяной
вакуумметр
-
Пружинный
вакуумметр
-
, фиксируя значение давления по стрелке прибора с
и
учетом цены деления его шкалы.
Обработка и анализ опытных данных
Учитывая размещение приборов относительно осей А-В
и А'-В' и руководствуясь основным уравнением гидростатики,
можно выразить избыточное и вакуумметрическое давления
через показания соответствующих приборов, табл. 1.
Таблица 1
Все расчеты должны проводиться в единицах измерения
системы МКГСС. В ходе расчета следует осуществить
перевод найденных значений давлений из единиц системы
МКГСС в единицы системы СИ, учитывая, что 1 кгс/м2 = 9,81
Н/м2. Величина удельного веса воды в расчете принимается
кгс/см
3
.
9
Оценка точности полученных результатов
После вычисления избыточного и вакуумметрического
давлений необходимо оценить точность полученных
результатов путем нахождения предельных относительных и
абсолютных ошибок.
Допустим, необходимо определить, с какой
максимальной ошибкой может получиться избыточное
давление с помощью водяного пьезометра. С учетом того, что
цена наименьшего деления шкалы этого прибора 1,0 см,
предельная абсолютная ошибка при измерении высоты столба
воды см. Так как по таблицам физических величин
удельный вес воды может быть взят с очень большой
точностью, принимают кгс/см
столба воды в пьезометре
.
3
. Измеренная высота
Тогда предельная относительная ошибка определения
избыточного давления по пьезометру
будет равна сумме
предельных относительных ошибок при измерении удельного
веса воды и высоты столба воды в пьезометре
;
, кгс/см2.
Таким образом, результат рассматриваемого измерения
окончательно получит вид
, кгс/см
2
.
Сравнивая предельные относительные ошибки
измерений различных приборов, можно определить, какой из
них является более точным, и найти разность их показаний.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]