гидравлика

куумметрическом и атмосферном давлениях над поверхностью жидкости в сосуде.

3. Записываем показания датчиков усилий 9,10,12.

Методика расчета

1.Определяем вертикальную составляющую силы полного давления для поверхности 7 (см. рис. 1.2) по формуле (4.33), для 11 по формуле (4.34),

адля 6 по формуле (4.33).

2.Опытные значения сил давления определяем по формулам:

где k1, k2, k3 – тарировочные постоянные датчиков 9, 10 и 12, соответственно.

3. Сравниваем значения сил давления, рассчитанных по теоретическим формулам и полученные из опыта по формулам:

- 22 -

РАБОТА № 5

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ПОКОЙ ЖИДКОСТИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ

УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СОСУДА

Раздел гидростатики – относительный покой жидкости – изучается на установке, представляющей собой прозрачный цилиндр, вращающийся вокруг вертикальной оси (см. рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема стенда по изучению относительного покоя жидкости

Сосуд 1, частично заполненный жидкостью, соединен с электродвигателем 2, число оборотов которого может изменяться. Пьезометр 3 определяет уровень жидкости при вращении цилиндра в нижней точке параболоида. Число оборотов цилиндра измеряется с помощью электронного тахометра, установленного на стенде.

Цель работы

Сравнить угловую скорость вращения цилиндрического сосуда, вычисленную по параметрам параболоида, и измеренную угловую скорость.

Краткая теория

При вращении с постоянной угловой скоростью цилиндрического сосуда с жидкостью вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью цилиндра, поверхности равного давления имеют вид параболоида. Такой же поверхностью является и свободная поверхность жидкости (см. рис. 5.1). Высота этого параболоида связана с угловой скоростью и радиусом сосуда R по формуле

- 23 -

Если рассматривать высоту, определяемую расстоянием от первоначального положения свободной поверхности покоящейся жидкости до вершины параболоида (т. О), образующегося при вращении, то эта высота окажется равной

С технической точки зрения величина h может быть измерена с гораздо большей точностью, чем H. Поэтому в работе измеряется величина h как разность между первоначальным положением пьезометрической поверхности и основанием параболоида вращения (см. рис. 5.1).

Проведение работы

1.При покоящемся сосуде с жидкостью ( = 0) отмечаем положение свободной поверхности жидкости (точка а) на шкале пьезометра 3.

2.Включаем электродвигатель 2. При этом необходимо, чтобы вершина параболоида не касалась дна сосуда.

3.Измеряем расстояние h2 по пьезометру 3 при вращении сосуда.

4.Определяем число оборотов по показаниям тахометра.

5.Заносим показания в таблицу 5.1.

- 24 -

Методика расчета

1. Определяем угловую скорость вращения сосуда по значению h = h1- h2

2. Определяем угловую скорость по показаниям тахометра

- 25 -

РАБОТА № 6

ЗАКОН АРХИМЕДА

Цель работы

Определение силы, действующей на тело, погруженное в жидкость.

Краткая теория

На погруженное в жидкость или газ тело действует выталкивающая (архимедова) сила, равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела или весу жидкости или газа, вытесненной телом из сосуда, первоначально полностью заполненного жидкостью или газом.

Необходимо подчеркнуть, что если при погружении тела объем жидкости остается прежним, т.е. вытеснения жидкости не происходит, то выталкивающую силу можно определить, только зная объем погруженной части тела. Попытка определить «вытесненный» объем в этом случае (например, по переместившейся части жидкости) приведет к абсурдным результатам.

Описание установки для проведения опыта

Для проведения опыта используется (рис. 6.1) прозрачный сосуд 1 с водой, снабженный отводом 2 для вытесняемой жидкости, мерный сосуд 3, поплавок 4, цилиндрические тела 5 и 6, весы 7.

Проведение работы

I.Опыт с плавающим поплавком 4 (см. рис. 6.1)

1.Наливаем воду в сосуд 1 до начала перелива ее через отвод 2.

2.Освобождаем мерный сосуд 3 от воды и ставим его под отвод 2.

3.Измеряем вес поплавкаG с помощью весов 7.

4.Опускаем поплавок в сосуд с водой.

5.Определяем вытесненный объем жидкости V в мерном сосуде 3.

6.Измеряем глубину погружения поплавкаh с помощью линейки

7.Результаты измерений заносим в таблицу 6.

II. Опыт с цилиндрическими телами 5 и 6.

1.Определяем динамометром 7 вес испытываемого тела G1перед погружением в воду.

2.Определяем динамометром 7 вес тела G2 , погруженного в воду.

3.Измеряем объем вытесненной телом воды V при его погружении.

4.Результаты измерений заносим в таблицу 6.1.

-26 -

Рис. 6.1. Опытная установка для иллюстрации закона Архимеда

ГИДРОДИНАМИКА

Учебно-лабораторная установка «Гидродинамика»

Принципиальная схема установки представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема учебно-лабораторной установки «Гидродинамика» 1 – напорная ёмкость; 2 – приёмная ёмкость; 3 – насос; 4 – трёхходовой кран; 5 – трубо-

провод переменного сечения; 6, 7 – трубопроводы постоянного сечения; 8 – сменный насадок; 9 – электронный расходомер; 10 – мерная ёмкость; 11– переливная труба; 12, 13, 14 – краны; 15, 16 – запорные устройства; 17 – трубки полного напора; 18 – манометр; 19 – вакуумметр; 20 – электронный секундомер; 21 – a, b – датчики уровней в мерной ёмкости.

Источником энергии для движения жидкости в рабочих участках установки может являться либо напорная емкость 1, либо насос 3 (для получения больших расходов жидкости).

Вода из напорной ёмкости 1 может подаваться в соответствующие рабочие участки или устройства различного назначения. Уровень жидкости поддерживается постоянным благодаря переливной трубе 11, по которой вода возвращается в приемную ёмкость 2. Из приемной емкости жидкость забирается насосом 3 и подается в напорную ёмкость через трехходовой кран 4.

Вода из насоса может подаваться и непосредственно в сменный участок 7 (работы № 13 и 14). Переключение работы установки с напорной емкостью на режим работы от насоса на участок 7 осуществляется с помощью трехходового крана 4. Направление потока, осуществляемое с помощью этого крана, - 29 -

видно из схемы (рис. 7.2).

Измерение расхода производится объемным методом и электронным расходомером 9. В приемной емкости располагается мерный бачок 10 с датчиками уровней «а» и «в», подключенными к электронному секундомеру (рис. 7.1). Отсчет времени начинается при заполнении мерного бачка до контакта «а» и прекращается при подходе уровня жидкости к контакту «в». Таким образом, электронный секундомер фиксирует время, в течение которого поток жидкости, направляемый в мерный бачок, заполняет фиксированный объем V между датчиками уровня «а» и «в». Перед измерением расхода мерная емкость освобождается от воды при помощи запора 15, а показания секундомера сбрасываются на «нуль».

Рис. 7.2. Схема переключения трехходового крана 4 (рис. 7.1)

Для измерения малых расходов жидкости используется мерный стакан (100 мл), время заполнения которого также фиксируется электронным секундомером.

Измерение напора в контрольных сечениях производится с помощью пьезометрических трубок, подсоединяемых к месту измерения (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Приборы для измерения напоров (а) и разности напоров (б): а) схема подсоединения пьезометрических трубок: 1 – пьезометрическая трубка; 2 – трубка полного напора; 3 – мерная игла; 4 – приемное отверстие; б) схема работы дифференци-

- 30 -