Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные учебные исследования по гидравлике и гидрологии. Учебно-методическое пособие
.pdf
Сравним показания двух приборов, с помощью которых
определяли величину одного и того же давления, например,
избыточного. Это водяной пьезометр и пружинный манометр.
Для пружинного манометра разность показаний выразится так
.
Водяной прибор дает меньшие ошибки измерения.
Проверка точности обычных пружинных манометров,
применяемых в производственных условиях, осуществляется
путем сравнения их показаний в нескольких местах шкалы с
отсчетами по контрольному прибору высокого класса
точности. Давления, необходимые при этом, создаются
специальным прессом. Если получается больше
допустимой, то проверяемый манометр направляется в
ремонт, затем проверяется снова.
11
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГИЙ ЖИДКОСТИ И АНАЛИЗ
ИХ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОТОКЕ С ПЕРЕМЕННЫМ ЖИВЫМ
СЕЧЕНИЕМ
Цель работы: Овладение методикой определения удельных
энергий жидкости по опытным данным и изучение
взаимосвязи, существующей между удельной энергией
положения , удельной энергией давления
кинетической энергией
в потоке с изменяющимся по его
и удельной
длине живым сечением.
Движущаяся жидкость обладает определенной внешней
механической (гидравлической) энергией. Эта энергия,
отнесенная к единице веса жидкости, называется полной
удельной энергией и может быть представлена суммой
E =
.
Руководствуясь последним выражением и законом
сохранения энергии, запишем уравнение Д. Бернулли для
двух сечений потока вязкой жидкости
,
где
– удельные энергии положения,
и
– удельные энергии давления,
и
– удельные кинетические энергии,
и
– полные удельные
энергии в 1 и 2 сечениях потока движущейся жидкости;
12
– потеря удельной энергии между 1 и 2 сечениями
потока.
Экспериментальная установка и проведение опыта.
Обработка и анализ опытных данных
Основным элементом опытной установки,
представленной на рис. 4, является труба переменного
сечения, расположенная горизонтально. Труба оборудована
пьезометрами, размещенными в девяти сечениях, а также
регулировочной задвижкой.
Рисунок 4. Опытная установка
с напорным потоком переменного сечения
Исследуемый поток создается поступлением воды с
постоянным напором из бака, а его расход измеряется
объемным способом с помощью мерного резервуара и
секундомера. Перенаправив поток в мерный резервуар,
засекают время с помощью секундомера. По истечении
назначенного срока замеряют объем воды в мерном
13
резервуаре и, поделив объем на время , находят искомое
значение расхода
.
Поскольку труба расположена горизонтально,
совмещают ось трубы с условной горизонтальной плоскостью
сравнения. Таким образом, удельная энергия положения
численно равная высоте расположения центра тяжести
сечения над плоскостью сравнения z, оказывается равна нулю
во всех 9 сечениях
.
Снимая показания по пьезометрам, результаты
измерений заносят в соответствующую строку расчетной
таблицы в бланке лабораторной работы. Чтобы окончательно
установить значение удельной энергии давления
в каждом
сечении, необходимо учесть высоту расположения нуля
шкалы пьезометра (превышение начала отсчета по пьезометру
над плоскостью сравнения). Для этого к измеренному по
пьезометру значению необходимо добавить величину этого
превышения
Окончательно значение удельной потенциальной
энергии потока находят, как сумму и
14
,
Далее вычисляют значение скорости в каждом сечении
потока
,
где – площадь живого сечения потока (из паспорта
установки).
Теперь можно определить значение удельной
кинетической энергии потока
, коэффициент Кориолиса в
опыте принимают
,
где – ускорение свободного падения.
Далее находят полную удельную энергию потока в
каждом его сечении, как сумму значений и
.
Остается определить значение потерь удельной энергии
в каждом сечении. Считая, что движение жидкости в опыте
начинается в первом сечении, потери напора в этом сечении
принимают равными нулю
. В остальных сечениях
потери находят из уравнения Д. Бернулли
,
,
и т. д.
Все найденные значения заносят в соответствующие
строки расчетной таблицы.
15
По завершении расчета необходимо построить три
графика на схеме, представленной в бланке лабораторной
работы, рис. 4. Это графики напорной, пьезометрической
линий и линии начального напора. Начинают построение с
градуировки шкалы удельных энергий (шкалы напоров) и
нумерации сечений.
Напорная линия иллюстрирует изменение полной
удельной энергии потока по его длине. Пьезометрическая
линия иллюстрирует изменение удельной потенциальной
энергии потока
по его длине. Точки на графиках соединяют
ломанными линиями.
И, наконец, линия начального напора иллюстрирует
изменение полной удельной энергии потока идеальной
жидкости по его длине. Поскольку на идеальную жидкость
сопротивления движению не действуют, линия начального
напора представляет собой прямую линию, параллельную
плоскости сравнения. Ордината этой прямой соответствует
значению полной удельной энергии в начальном (первом)
сечении потока .
На чертеже следует подписать названия всех графиков и
вертикальной штриховкой показать диаграмму потерь
удельной энергии (потерь напора). А для одного из
промежуточных сечений потока обозначить на чертеже ,
и
.
Выполнив графическую часть работы, следует обратить
внимание на то, что по длине изучаемого потока потери
удельной энергии растут, а величины и
могут в
соответствии со схемой трубы изменяться различным
образом. Например, при расширении трубопровода удельная
потенциальная энергия будет возрастать за счет уменьшения
удельной кинетической энергии. Тогда как полная удельная
энергия потока будет неуклонно уменьшаться вниз по
течению.
16
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Цель работы: Овладение экспериментальным и
аналитическим способами определения режимов движения
жидкости и наблюдение за преобразованием ламинарного
потока в турбулентный.
В природе существуют два режима движения жидкости:
ламинарный и турбулентный. Если частицы жидкости
перемещаются поступательно только в продольном
направлении, то их движение будет называться ламинарным.
Когда же в потоке жидкости ее частицы движутся как в
продольном, так и в поперечных направлениях,
перемешиваются и обмениваются количеством движения
между собой, то, следовательно, режим стал турбулентным.
Ламинарное движение жидкости переходит в
турбулентное и наоборот при определенном для данных
условий значении безразмерного критерия – критического
числа Рейнольдса . Число Рейнольдса представляет
собой комплекс величин, состоящий из скорости жидкости ,
кинематического коэффициента ее вязкости и характерного
геометрического размера канала
. (3.1)
Сравнивая с его критическим значением для данного
вида русла , получим или
ламинарное, или
- турбулентный режим.
, т. е. движение
17
Экспериментальная установка и проведение опытов
Опытная установка представлена на рис. 5. Основными
ее частями являются резервуар с водой 1; прозрачная
вертикальная труба 2 с вентилем, в которой наблюдают
режим движения жидкости; резервуар с трубкой 5 для подачи
раствора чернил в прозрачную трубу; мерный сосуд 4 для
измерения расхода воды. Для эксперимента также необходим
секундомер.
Рисунок 5. Установка для демонстрации режимов
движения жидкости
Опыты производятся в следующем порядке. Открывая
вентиль 3 на небольшую величину, создают в вертикальной
18
трубе движение потока воды с очень маленькой скоростью.
Одновременно подают раствор чернил в прозрачную трубу и
наблюдают тонкую прямую и неразмытую струйку чернил.
Это яркая иллюстрация ламинарного режима движения
жидкости. Расход воды в опыте измеряют объемным
способом. По истечении назначенного промежутка времени
фиксируют накопившийся объем воды в мерном баке.
Разделив его на время, находят значение расхода
.
Аналогичные операции повторяют несколько раз,
постепенно увеличивая значение скорости в каждом
последующем опыте. Добиваются изгибов и разрыва струйки,
появления вихрей и, наконец, равномерно окрашенного
раствора жидкости, тем самым наблюдая все стадии перехода
от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному.
В результате каждого опыта зарисовывают
иллюстрацию режима движения, при этом делая вывод о том,
какой режим наблюдался на основании визуализации.
Предварительный вывод о режиме движения заносят в
первую строку расчетной таблицы в бланке лабораторной
работы.
Далее на основании результатов измерений в процессе
эксперимента определяют режим движения аналитическим
способом. Для этого сначала находят скорость движения воды
в каждом опыте
,
где – площадь живого сечения потока (из паспорта
установки).
19
Затем вычисляют число Рейнольдса по формуле (3.1).
см
2
/с
см
2
/с
см
2
/с
5
0,0152
11
0,0127
17
0,0109
6
0,0147
12
0,0124
18
0,0106
7
0,0143
13
0,0121
19
0,0104
8
0,0139
14
0,0118
20
0,0101
9
0,0135
15
0,0115
21
0,0100
10
0,0131
16
0,0112
22
0,0099
Определение кинематического коэффициента вязкости
воды в зависимости от ее температуры в лабораторных
работах №3, №4 и №5 следует осуществлять, используя
справочные данные, содержащиеся в таблице 2
.
Таблица 2
Учитывая, что течение воды было изотермическим в
прямой неподвижной трубе одинакового диаметра по всей ее
длине, критическое значение параметра Рейнольдса
принимается . С этим значением и сравнивают
полученные по результатам измерений , расставляя знаки
в соответствующей строке расчетной таблицы в
бланке лабораторной работы.
Окончательные выводы о режиме движения жидкости в
каждом опыте делают на основании этих сравнений и
записывают в последнюю строку расчетной таблицы, тем
самым подтверждая или опровергая первоначальный вывод о
режиме движения в данном опыте.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]