51

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

КАФЕДРА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ,

КОНСТРУКЦИЙ И ГИДРАВЛИКИ

Ю.А. Гривнин

Ю.К. Ивановский

Н.Н. Лимарь

Г.И.Мелконян

ГИДРАВЛИКА

Санкт-Петербург

2001

УДК 123.

ББК 12н

Рецензент: к.т.н. доцент Н.В.Растрыгин.

Гривнин Ю.А., Ивановский Ю.К., Лимарь Н.Н. Мелконян Г.И. Гидравлика. Методические указания. – СПб.:СПГУВК, 2001. – 50 с.

Содержат основные сведения из теории рассматриваемого вопроса, описание экспериментальных установок, методику выполнения и оформления работ по общей части гидравлики.

Предназначены для подготовки инженеров всех специальностей по дисциплинам: «Гидравлика», «Гидромеханика», «Механика жидкости и газа», «Гидравлика и гидравлические машины».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

УДК 123.123

ББК 12н

 Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций, 2001

.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1

«Проверка манометра гидростатическим давлением» 4

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«Определение силы гидростатического давления на клапан» 6

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«Определение числа оборотов равномерно вращающегося

цилиндрического сосуда с жидкостью» 9

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

«Определение режимов движения жидкостей» 13

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

«Построение диаграммы уравнения Бернулли

для напорного трубопровода» 17

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

«Определение показателя степени в формуле потери

напора на трение» 22

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

«Определение потери напора при внезапном расширении

трубопровода» 25

8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

«Истечение через малое круглое отверстие в тонкой стенке

при постоянном напоре» 28

9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

«Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре» 31

10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

«Определение коэффициента расхода прямоугольного

водослива с тонкой стенкой» 33

11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

«Снятие энергетических характеристик

центробежного насоса» 36

12. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

«Снятие кавитационных характеристик

центробежного насоса» 41

13. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

«Снятие рабочих характеристик центробежных насосов

при параллельном и последовательном соединении» 45

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

1. Наименование работы

«ПРОВЕРКА МАНОМЕТРА ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ»

2. Основные сведения из теории

Гидростатическое давление в любой точке покоящейся жидкости вычисляется по формуле

, (1)

где р – гидростатическое давление в точке;

р₀ – давление на поверхности жидкости;

- плотности жидкости;

h – глубина на поверхности жидкости определяется формулой

, (2)

3. Описание экспериментальной установки

Проверка манометра производится на масляном прессе.

Масляный пресс (рис. 1) представляет собой горизонтальную камеру 2, заполненную машинным маслом. В вертикальный цилиндр, соединенный с горизонтальной камерой, вставляется металлический шток с горизонтальным диском 3.

В результате укладки грузов 4 на диск на свободной поверхности масла под штоком создается определенное давление, тем большее, чем больше вес уложенного груза.

К другому концу горизонтальной камеры пресса подключается проверяемый манометр 1. Показание стрелки манометра должно соответствовать величине гидростатического давление, возникающего в масле под действием груза на высоте, соответствующей центру манометра.

Пресс снабжен штурвалом 5, насаженным на горизонтальный вал. При вращении штурвала перемещается поршень, с помощью которого изменяется объем горизонтальной камеры пресса и осуществляется подъем или опускание штока с грузом.

Центр проверяемого манометра расположен выше нижней плоскости штока на h_с = 18 см.

4. Порядок проведения работы

На горизонтальный диск укладывается груз. Вращением штурвала шток устанавливается в рабочее положение, фиксируемое по риске, нанесенной на верхней части штока. В таблице записывается показание стрелки манометра и вес штока с грузом. Затем, последовательно, добавляются грузы. В таблицу записываются величины грузов (нарастающим итогом) и соответствующие показания стрелки манометра (при этом шток каждый раз устанавливается в рабочее положение).

Рис 1

4. Обработка опытных данных

Поскольку манометр расположен выше нижнего конца штока, величина гидростатического давления на уровне центра манометра определится из выражения (1), но с той разницей, что член _с войдет в него со знаком «минус», т.е.

, (3)

где: р^т – гидростатическое давление на уровне центра манометра;

h_с – разница отметок уровней масла у центра манометра и у нижнего конца штока;

Значения р^т , вычисленные по формуле (3), следует сопоставить с показаниями манометра р^оп и вычислить относительную погрешность для каждого опыта по формуле:

, (4)

Результаты опытов и данные по их обработке следует занести в таблицу:

№	P
	кГ					%
1
2

4. Выводы

В выводах по работе следует дать оценку точности манометра при различных давлениях, имея в виду, что задана допустимая погрешность измерений .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

1. Наименование работы

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА

КЛАПАН»

2. Основные сведения из теории

Уравнение равновесия клапана имеет вид

, (1)

где G – равнодействующая сил, действующих на клапан;

Р – сила гидростатического давления воды на клапан;

G_кл - вес клапана;

Р_атм – равнодействующая сил атмосферного давления на

клапан;

F_тр – сила трения в блоках;

G_подв – вес подвески (площадки для установки грузов).

Атмосферное давление действует на верхнюю грань клапана с большей силой, чем на нижнюю, т.к. площадь верхней грани несколько больше площади нижней (рис. 2). Однако эта разница невелика и поэтому мы ею пренебрегаем.

Рис 2

Если пренебречь также силами трения в блоках в виду их малости, то уравнение (1) приводится к виду:

, (2)

где h – глубина погружения клапана.

Обозначая и , окончательно получаем формулу

(3)

для теоретического значения веса (усилия), преодолевающего силу давления воды на клапан.

3. Описание экспериментальной установки.

Установка (рис. 3) представляет собой прямоугольный остекленный резервуар 1, ко дну которого крепится патрубок (2).

Рис 3

Верхний подшлифованный край патрубка служит гнездом для плоского круглого клапана (3).

Клапан присоединен к рычагу (4), вращающемуся вокруг горизонтальной оси (5). К концу рычага прикреплена нить, охватывающая блоки (7) и (8). На другом конце нити имеется подвеска (9) для грузов (6). Уровень воды в резервуаре определяется по водомерному стеклу (пьезометру) (10). Спуск воды из резервуара и его наполнение производится через трубки (11).

4. Порядок проведения работы

Резервуар заполняется водой до уровня, обеспечивающего прижатие клапана к гнезду.

На подвеску кладется груз (максимальный) и из резервуара начинают спускать воду. При этом необходимо внимательно наблюдать за клапаном.

В момент открытия клапана (о чем можно судить по появлению струйки воды, вытекающей из-под него) необходимо быстро закрыть трубку (11) и взять отсчет по пьезометру. Затем необходимо снять прежний груз и положить на подвеску меньший груз , после чего повторить опыт.

5. Обработка опытных данных

Результаты опытов заносятся в таблицу

№			h
	см			Г		%
1
2
3
4

Здесь ₁ - отметка верхней грани клапана;

₂ - отметка уровня воды по пьезометру.

h = ₂-₁

Относительная погрешность вычисляется по формуле:

. (4)

По данным опытов строится график, подобный показанному на рис. 4.

Рис 4

6. Выводы

В выводах следует сделать сопоставление опытных данных с теоретическими и объяснить причины полученных расхождений. При этом нужно иметь в виду допущения, принятые при выводе формулы (3), с одной стороны, и неточности определения уровня воды в резервуаре в момент открытия клапана с другой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

1. Наименование работы

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ РАВНОМЕРНО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СОСУДА С ЖИДКОСТЬЮ»

2. Основные сведения из теории

Если цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью до глубины h₀ равномерно вращать вокруг вертикальной оси, то поверхность жидкости в сосуде приобретает форму поверхности параболоида вращения (рис. 5).

Если расположить ось r в горизонтальной плоскости, а ось z направить вертикально вверх, то теоретическое очертание параболоида вращения, записанное в цилиндрических координатах при данном числе оборотов, определится выражением:

, (1)

или

, (2)

где - угловая скорость вращения сосуда;

n - число оборотов сосуда;

z - вертикальная координата точек параболоида вращения;

r - горизонтальная координата этих точек.

Рис 5

Между числом оборотов цилиндра и характерными размерами параболоида вращения имеется определенная связь.

Выражая объем параболоида через разность объема цилиндра и налитой воды, имеем:

или

.

С другой стороны, приравнивая последние выражения для h_n , и заменяя , получим:

, (3)

где n_теор – теоретическое число оборотов в минуту;

h₀ - глубина налитой в цилиндр воды в состоянии покоя;

h – глубина под вершиной параболоида вращения;

h_n – высота параболоида;

R - внутренний радиус цилиндра.

Обозначая , окончательно получим:

. (4)

3. Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 6) состоит из станины, на которой установлен электрический мотор (1), приводящий в движение вертикально установленный цилиндр с жидкостью (2).

Рис 6

Над вращающимся цилиндром установлена мерная игла (3), которая может перемещаться как по диаметру цилиндра, так и в вертикальной плоскости. Число оборотов цилиндра определяется тахометром (4).

4. Прядок проведения работы

В сосуд наливается вода (в некоторых установках используется машинное масло), мерной иглой определяется отметка поверхности жидкости в сосуде ₀.

Через 4-5 минут после включения мотора, когда очертания параболоида вращения установится, при помощи тахометра определяется число оборотов сосуда n_max (возможно использование ручного и электронного тахометров) и берется отметка вершины параболоида ₁ .

В целях построения очертания одной ветви сечения параболоида вращения вертикальной плоскостью, при помощи мерной иглы необходимо взять координаты четырех – пяти экспериментальных точек.

5. Обработка опытных данных

Величина h₀ – h , входящая в формулу (3), определяется разностью отметок ₁.

В связи с тем, что диаметр шкива ручного тахометра отличен от диаметра цилиндра, опытное число оборотов последнего следует находить по формуле:

, (5)

где - опытное число оборотов цилиндра, определенное с

помощью тахометра;

- отсчет по тахометру;

- диаметр тахометра;

- внешний диаметр цилиндра.

Относительная погрешность полученного числа оборотов вычисляется по формуле:

. (6)

Результаты измерений и данные обработки следует занести в таблицу.

мм		Об/мин			%

№	r
	мм
1
2

По данным таблицы строится очертание ветви параболоида вращения (опытное) и в этом же масштабе наносится очертание ветви, полученное по формуле (2) (теоретическое); вид графика приведен на рис. 7

Рис 7

6. Выводы

В выводах следует сделать сопоставление опытного и теоретического числа оборотов цилиндра, а так же опытного и теоретического очертания ветви параболоида вращения и объяснить причины полученных расхождений. При этом нужно иметь в виду погрешности при измерении координат точек ветви параболоида вращения, погрешности, возникающие при определении числа оборотов цилиндра тахометром.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

1. Наименование работы

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

2. Основные сведения из теории

Теория и опыт свидетельствуют о том, что при движении жидкости по трубам, каналам, рекам, и пр. могут иметь место два режима движения.

Первый режим – ламинарный или иначе параллельно струйный, при котором частицы жидкости движутся параллельно оси потока, не перемешиваясь. Такой режим может возникать при малых скоростях и размерах потока и движении вязких жидкостей.

Второй режим – турбулентный, характеризующийся пульсацией скоростей, т.е. непрерывным изменением (в определенных пределах) их по величине и направлению, вызывающим перемешивание частиц жидкости. Такой режим имеет место при значительных скоростях движения жидкости.

Характер режима движения жидкости зависит от величины средней скорости движения , характерного линейного размера потока (в случае круглой трубы этим размером является ее диаметр) и кинематического коэффициента вязкости жидкости , зависящего от температуры.

Безразмерное соотношение этих величин в виде

, (1)

носит название числа Рейнольдса и представляет собой критерий для определения режима движения потока.

Многочисленными опытами установлено, что переход от ламинарного режима к турбулентному происходит в обычных условиях при Rе = 2300. Это значение числа Рейнольдса носит название критического, а скорость движения жидкости, соответствующему этому числу, называется критической. Таким образом, в случае Rе < 2300 имеет место ламинарный режим, а при Rе > 2300 – турбулентный режим. При числах Rе близких к критическому, может возникать переходный режим.