bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее, четвертое, издание практикума существенно переработано по сравнению с третьим, вышедшим в 1980 году, и дополнено лабораторными работами по общему и спещ1альному курсам механики жидкости и газа, включая работы по насосам и гидроприводам.

Практикум написан в соответствии с типовой учебной программой дисциплины «Механика жидкости и газа», разработанной коллективом кафедры «Гидравлика» Белорусского национального технического университета (БИТУ). Он в лаконичной форме знакомит студентов с физической сущностью изучаемых гидравлических явлений, методикой проведения лабораторных работ, охватывающих большинство разделов («Гидростатика», «Гидрогазодинамика», «Гидромашины и гидроприводы», «Гидросооружения») указанной типовой программы.

В каждой из представленных в практикуме работ наряду с изложением общих сведений по изучаемому вопросу, описанием лабораторных установок (практикум полностью адаптирован к лабораторной базе кафедры «Гидравлика» БИТУ) приводится порядок выполнения опытов, расчетов и оформления полученных результатов в соответствующих таблицах. При необходимости в некоторых работах материал иллюстрируется рисунками, графиками, таблицами, ссылками на литературу.

Приведенные лабораторные работы рассчитаны на подготовку студентов по широкому спектру специальностей (строительных, механических, энергетических и т. д.). Вполне очевидно, что выполнение всех представленных в практикуме работ не является обязательным при подготовке студентов по конкретной специальности. Поэтому для каждой из них выбираются те работы, которые наиболее полно соответствуют рабочим учебным планам и программам для данной инженерной специальности. При этом объем отдельных работ может уменьшаться в соответствии с рабочей программой курса.

Материал в практикуме излагается на основании использования терминологии, принятой в современных учебниках, и рекомендаций, приведенных в стандартах на насосы, гидромоторы и пневмогидроприводы, включая ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».

Оформление графиков, рисунков, схем гидроприводов приводится в соответствии с требованиями ЕСКД (Р50-77-88, ГОСТ 2.780-96,2.782-96).

Книга подготовлена авторским коллективом кафедры гидравлики БНТУ, при этом работы 2, 13, 14, 17, 25 написаны с инженером 1-й категории Н.Е. Бонч-Осмоловской; работа 32 - старшим преподавателем A.M. Заяц; канд. техн. наук, доцент Ивашечкин В.В. - работы 10, 11, 16, 20, канд. техн. наук, профессор Карпенчук И.В. - работы 24, 25, 28, д-р. техн. наук, доцент Качанов И.В. - предисловие, работы 3, 8, 26, 27, 33, 34, 35, канд. техн. наук, доцент Козлов Д.А. - работы 22, 23, 24, 25, 28, канд. техн. наук, доцент Кузменков В.И. - работы 4, 7, канд. техн. наук, доцент Ледян Ю.П. - работы 24, 29, 30, 31; канд. техн. наук, доцент Недбальский В.К. - работы 1, 28; канд. техн. на-ук, доцент Юхновец В.Н. - работы 12, 15, 18, 19, 21; старший преподаватель Кондратович А.Н. - работы 5, 6; старший преподаватель Шаталов И.М. - работы 1, 8, 10, 11; старший преподаватель Шульпин И.А. - работы 2, 9, 13, 14,22, 23.

Авторы выражают благодарность иженеру-программисту I категории Михновец М.М, аспиранту Сернову В.А., студентам Дмитриеву Ю.В. и Семеняко А.В. за помощь в подготовке издания.

При написании книги авторы стремились сохранить преемственность по отношению к ранее изданным на кафедре гидравлики практикумам 1, 2 и 3-го изданий. Наряду с этим в данной книге используются также рекомендации по проведению аналогичных работ в лабораториях других вузов и кафедр.

Авторы считают необходимым заранее выразить благодарность за все замечания и пожелания по содержанию практикума, которые следует направлять по адресу: 220013, г. Минск, проспект Независимости, 65, Белорусский национальный технический университет.

что те частицы жидкости, которые непосредственно прилегают к пластинкам, обладают теми же скоростями, что и пластинки; 2) изменение скорости между пластинками совершается по линейному закону, т. е. в нашем случае скорость жидкости в какой-нибудь точке между пластинками пропорциональна расстоянию этой точки от нижней пластинки; 3) внутреннее трение жидкости оказывает движению верхней пластинки сопротивление, которое для единицы площади пропорционально градиенту скорости, следовательно, касательное напряжение или напряжение сдвига

щихся слоев; — - градиент скорости, представляющий собой из- dy

менение скорости на единицу расстояния между смежными слоями жидкости в направлении, перпендикулярном к движению; ц. - динамический коэффициент вязкости.

Закон трения, выраженный равенством (1.1), называют законом фения Ньютона. Необходимо подчеркнуть, что рассмотренное на рис. 1.1 движение представляет собой простой частный случай, называемый движением чистого сдвига.

Физический смысл динамического коэффициента вязкости |j, заключается в том, что он численно равен касательному напряжению, возникающему между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга со скоростью, равной единице, при расстоянии между этими слоями, равном единице длины.

В системе СИ размерность динамического коэффициента вязкости -

паскаль-секунда | Па • с = • В системе СГС динамический коэф- м^

фициент вязкости измеряется в пуазах (П), 1П = 1ЛИН • с= 1 Па с = 10 П. см

Во всех течениях, в которых наряду с силами вязкости действуют также силы инерции, важную роль играет отношение динамиче-

ского коэффициента вязкости ji к плотности р, называемое кинематическим коэффициентом вязкости:

Размерность кинематического коэффициента вязкости в системе СИ вырайсается в MVC, В системе СГС - CMVC, эта единица называется стоксом (Ст); 1 Ст= 110"^ м^/с.

Вязкость жидкости может быть выражена и так называемой условной вязкостью в градусах, например, Энглера (Е), путем сравнения времени истечения одинаковых объемов исследуемой и стандартной жидкостей на вискозиметре Энглера.

С изменением температуры жидкостей вязкость изменяется, но поведение вязкости капельных жидкостей и газов с изменением температуры отличается вследствие различия в их структуре.

В газе молекулы расположены на значительном расстоянии друг от друга. Вследствие теплового движения они непрерывно сталкиваются, но средняя длина пути, пробегаемого молекулой без соуда-

о

рения (средняя длина пробега), составляет порядка 500 - 1000 А (ангстрем), причем размеры молекул газа составляют порядка нескольких ангстрем. При увеличении температуры скорость движения молекул увеличивается, а средняя длина пробега уменьшается, вследствие этого динамическая вязкость с ростом температуры постепенно увеличивается.

В капельной жидкости молекулы постоянно находятся в непосредственной близости и не могут передвигаться так свободно, как молекулы газа. С увеличением температуры силы взаимодействия между молекулами жидкости уменьшаются, следовательно, динамическая вязкость капельных жидкостей с ростом температуры также уменьшается. Вязкость воды уменьшается при повышении температуры, т. к. при этом разрушаются образованные водородными связями кластеры молекул воды.

С увеличением давления вязкость капельных жидкостей и газов возрастает, исключение составляет вода, у которой вследствие особенностей структуры её молекул вязкость при температурах ниже

30 с ростом давления до 150 МПа уменьшается, а затем увеличивается (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Это также объясняется разрушением при увеличении давления кластеров молекул воды. Поэтому подземные воды даже на больших глубинах при высоких давлениях обладают значительной подвижностью.

При повышении давления до 5 МПа изменение вязкости капельной жидкости незначительно, и им при расчетах пренебрегают. Вязкость газов почти не зависит от давления. С одной стороны, с уменьшением давления уменьшается число столкновений, что должно приводить к уменьшению числа молекул, приходящих из определенной области для передачи своего импульса молекулам в соседней области. С другой стороны, при понижении давления увеличивается средняя длина свободного пробега молекул, и в результате молекулы, переносящие импульс из одного движущегося слоя в другой, могут воздействовать на более удаленные области. Эти эффекты компенсируют друг друга, так что вязкость газов в широком интервале почти не зависит от давления.

Опытное определение вязкости жидкостей производится с помощью приборов, называемых вискозиметрами. Имеется несколько типов вискозиметров - капиллярные, вискозиметры (ротащюнные) с двумя коаксиальными цилиндрами; вискозиметры, основанные на затухании крутильных колебаний маятников в исследуемой жидкости или цилиндров с исследуемой жидкостью, вискозиметры, в которых вязкость жидкости определяется по скорости падения в ней стеклянного или металлического шарика, вискозиметр Энглера и др. В данной работе вязкость определяется с помощью вискозиметров Энглера и ротационного - типа ВСИ-3.