Гидравлика ЛР 1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Озерский технологический институт –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

(ОТИ НИЯУ МИФИ)

Кафедра ТМ и МАХП

Лабораторная работа №1

«Исследование течения жидкости

в канале переменного сечения»

По дисциплине «Гидравлика»

Преподаватель				Ю.Е. Липина
Выполнили студенты группы	1ТМ-33Д			Д.А. Шишкин А.А. Савельев С.К. Хорешко И.А. Красовский

Озёрск

2025

Цель работы: в напорном трубопроводе переменного сечения проследить по показаниям пьезометрам и трубок Пито за переходом потенциальной энергии потока в кинетическую и обратно в соответствии с уравнением Бернулли. По опытным данным построить линии пьезометрического и полного напора.

Рисунок 1 – Схема установки: 1 – Расходный бак; 2, 4 – вентиля; 3 – трубопровод

переменного сечения; 5 – ротаметр; 6 – пьезометрическая трубка; 7 – Трубка Пито

Ход работы:

1. Откроем вентиль 2 подачи воды в расходный бак 1.

2. Установим регулировочным вентилем 4 расход воды по ротаметру 5, не допуская её перелива из стеклянных трубок пьезометров и трубок Пито.

3. Через 10 минут при установившемся режиме для каждого сечения снимем показания пьезометров и трубок Пито . Сведём полученные данные в таблицу.

Величины	Ед. изм.	Номер сечения
		1	2	3	4	5	6	7	8	9
Площадь сечения, Si*104	м2	9,61	9,61	7,06	5,31	3,46	4,52	6,15	9,61	9,61
Показания пьезометров, pi/ρg	м в. ст.	1,88	1,87	1,85	1,82	1,77	1,80	1,82	1,83	1,83
Показание трубок Пито, pПi/ρg	м в. ст.	1,90	1,89	1,89	1,89	1,88	1,88	1,86	1,85	1,84
Скоростной напор, hi max	м в. ст.	0,02	0,02	0,04	0,07	0,11	0,08	0,04	0,02	0,01
Скорость течения струйки, vi max	м/с	0,63	0,63	0,89	1,17	1,47	1,25	0,89	0,63	0,44
Показания ротаметра	дел.	30
Расход воды, Q*104	м3/с	4,2
Средняя скорость в сечении, vi	м/с	0,44	0,44	0,59	0,79	1,21	0,93	0,68	0,44	0,44
Скоростной напор по средней скорости,	м в. ст.	0,01086	0,01086	0,01954	0,03503	0,08217	0,04854	0,02595	0,01086	0,01086
Полная удельная энергия потока,	м в. ст.	1,89086	1,88086	1,86954	1,85503	1,85217	1,84854	1,84595	1,84086	1,84086
Потеря энергии, hп	м в. ст.	0,05

4. Закроем вентиль 2 подачи воды в расходный бак.

5. Произведём обработку полученных результатов:

   1. Определим скоростной напор:

.

2. Найдём скорость струйки потока в каждом сечении:

.

3. Определим по тарировочному графику объём расхода воды.

4. Найдём среднюю скорость движения воды в каждом сечении:

.

5. Определим режим течения жидкости:

.

6. Построим линию пьезометрического напора и линию полного напора.

Рисунок 2 – Напорные линии

7. Определим скоростной напор по средней скорости для каждого сечения:

.

8. Найдём среднюю полную удельную энергию потока:

.

9. Найдём потерь. энергии между первым и последним сечениями:

.

Вывод: в ходе лабораторной работы было подтверждено, что при расширении сечения канала пьезометрический напор увеличивается, а при сужении – уменьшается. Так же были обнаружены потери энергии и полного напора по длине трубопровода.

Контрольные вопросы:

1. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкостей.

,

z – высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

p – давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,

ρ – плотность жидкости,

g – ускорение свободного падения,

v – скорость потока.

С физической точки зрения уравнение Бернулли является аналитическим выражением закона сохранения энергии для невязкой жидкости. При неизменной полной энергии её составные части – кинетическая и потенциальная – могут меняться.

;

h_п – потеря напора.

При движении реальной жидкости, вследствие её вязкости, действуют гидравлические сопротивления, на преодоление которых затрачивается энергия. Эта энергия превращается в теплоту и рассеивается в дальнейшем движущей жидкостью.

2. Связь между пьезометрическим и полным напорами.

Пьезометрический напор наряду со скоростным напором является частью полного гидродинамического напора. Но так как величина скоростного напора мала, то его часто не берут в расчёт и отождествляют пьезометрический напор с полным напором.

3. Соотношение между средней и максимальной (осевой) скоростями при различных режимах течения жидкости.

Для ламинарного изотермического режима характерно параболическое распределение скоростей по сечению.

,

v₀ – скорость на оси трубы,

v – скорость на расстоянии y от оси,

r – радиус трубы.

.

Отношение средней скорости к максимальной при ламинарном режиме течения постоянно.

.

Для развитого турбулентного режима движения жидкости распределение скорости по сечению трубы имеет вид усечённой параболы. Вблизи стенки трубы кривая изменяется резко, а в средней части сечения – турбулентном ядре потока – полого.

Отношение средней скорости к максимальной является функцией числа Re.

.

4. Объяснить уменьшение пьезометрической высоты при переходе от большего сечения к меньшему.

При переходе от большего сечения к меньшему скорость потока жидкости увеличивается и, согласно уравнению Бернулли, пьезометрическое давление уменьшается.

5. Физический смысл коэффициента Кориолиса.

Коэффициент Кориолиса представляет собой отношение кинетической энергии потока, вычисленной по истинному распределению скоростей, к кинетической энергии, определенной по средней скорости.

Величина коэффициента зависит от степени неравномерности распределения скорости по сечению; он всегда больше единицы (за исключением случая, когда местные скорости в данном сечении равны между собой, тогда α=1) и при обычном распределении равняется α≈1,1; во многих случаях (например, при расчете трубопроводов) практически можно полагать α=1.