Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Общая гидравлика

Методические указания к выполнению

учебно-исследовательских лабораторных работ по курсу

«Гидравлика»

2010

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Общая гидравлика

Методические указания к выполнению

учебно-исследовательских лабораторных работ по курсу

«Гидравлика»

для студентов специальностей 270205, 270201, 270112

Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2010

Учебное издание

Общая гидравлика

Методические указания к выполнению

учебно-исследовательских лабораторных работ по курсу

«Гидравлика»

для студентов специальностей 270205, 270201, 270112

Редактор О.А. Панина

Компьютерная верстка О.Л. Шиховой

Подписано в печать Формат 6084 1/16

Бум. тип. Усл. печ.л. Уч.-изд.л

Тираж 100 экз. Заказ С

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Введение

Лабораторный практикум по гидравлике является важным элементом учебного процесса, позволяющим лучше усвоить основные положения теоретического курса.

Настоящие методические указания предназначаются для выполнения основных лабораторных работ студентами всех специальностей и форм обучения в виде УИРС.

Указания к каждой лабораторной работе содержат:

• вводную часть, в которой излагаются основные определения и элементы теории, относящиеся к изучаемому явлению;

• цель работы;

• описание лабораторной установки;

• перечень контрольных вопросов;

• список рекомендуемой литературы.

При выполнении лабораторного практикума у студентов развиваются навыки самостоятельной научно-исследовательской работы, которыми должен обладать современный специалист.

Лабораторные работы выполняются небольшими группами по 2-4 человека. При подготовке к выполнению лабораторного практикума студенты обязаны изучить соответствующие разделы теоретического курса, разобраться в методике проведения эксперимента, уяснить поставленные перед ними задачи исследования, уметь отвечать на контрольные вопросы.

Перед выполнением каждой лабораторной работы студенты проходят проверку знаний по системе «Допуск».

Общие положения

Установки для выполнения лабораторных работ представляют собой универсальные стенды (рис.1), на которых можно выполнять одновременно две различные работы.

Рис.1. Фото универсального стенда с установками для выполнения учебно-исследовательских лабораторных работ

Стенды оборудованы общим напорным и общим приёмным баками.

Вода из водопровода поступает в напорный бак 1, проходит через лабораторную установку, а затем попадает в приемный резервуар 8.

В процессе выполнения лабораторных работ расход определяется объёмным способом. При установившемся движении расход находится по формуле

(1)

где W – объем воды, поступившей в мерную ёмкость 4 за время t.

Средняя скорость потока определяется из выражения

(2)

где S – площадь живого сечения потока.

Движение жидкости называется установившимся, если скорость V и гидродинамическое давление p в любой ее точке не зависят от времени t, а являются функциями только координат данной точки x, y, z:

V = V (x, y, z);

p = p (x, y, z).

Если скорость V и гидродинамическое давление p зависят не только от координат точки x, y, z, но и от времени t, то такое движение называется неустановившемся неустановившимся:

V = V (x, y, z, t);

p = p (x, y, z, t).

Для обеспечения установившегося движения в лабораторных установках уровень воды в баке 1 поддерживается постоянным автоматически с помощью клапана с поплавком.

Установившееся движение подразделяется на равномерное и неравномерное.

При равномерном и прямолинейном движении живые сечения являются плоскими поверхностями, линии тока прямолинейны и средняя скорость потока постоянна вдоль по течению. При неравномерном движении средняя скорость потока измеряется вдоль по течению.

Фундаментальным уравнением гидродинамики является уравнение Д.Бернулли^*) для потока реальной жидкости. Оно имеет следующий вид:

, (3)

где Z₁ и Z₂ – геометрические напоры, которые представляют собой ординаты каких-либо точек в двух сечениях потока 1-1 и 2-2, отсчитываемые от некоторой горизонтальной плоскости (плоскости отсчета); и - пьезометрические напоры, измеряющие абсолютные давления P₁ и P₂ в тех же бочках потока жидкости; – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; и - скоростные напоры; V₁ и V₂ – средние скорости потока в сечениях 1-1 и 2-2; α₁ и α₂ – коэффициенты кинетической энергии, учитывающие неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока; при турбулентном режиме движения жидкости принимают α₁ = α₂ = 1,0  1,1; h_1-2 – потери напора на гидравлические сопротивления между сечениями 1-1 и 2-2.

Уравнение Д. Бернулли справедливо только для установившегося движения. Его можно применять к тем живым сечениям потока, вблизи которых движение является плавно изменяющимся.

^*) Даниил Бернулли (1700-1782 гг.) – швейцарский ученый, член Петербургской Академии наук (в период с 1725 по 1733 гг.

Для измерения пьезометрического напора в лабораторной практике широкое применение получили пьезометры – стеклянные трубки с открытым верхним концом, где давление равно атмосферному.

Пьезометрический напор, измеренный пьезометром,

, (4)

где Р - абсолютное давление; Р_а – атмосферное давление; Р_м– манометрическое или избыточное давление.

Уравнение (3) можно переписать в следующем виде:

или

. (5)

В случае горизонтального трубопровода Z₁=Z₂ , тогда

. (6)

При установившемся движении через любое живое сечение потока в единицу времени проходит одинаковый объём жидкости, т.е. Q=const, следовательно,

S₁V₁ = S₂V₂ = ... = S_nV_n, (7)

где S₁, S₂, ...,S_n – площадь живых сечений 1-1, 2-2, …, n-n; V₁, V₂, ..., V_n – соответствующие средние скорости потока.

Выражение (7) называется уравнением неразрывности.

Вязкость зависит от рода жидкости и её температуры. Кинематический коэффициент вязкости ν для воды определяется по формуле Жан Пуазейля (1799 - 1869) – французский учёный (в см²/с)

, (8)

где t – температура воды в градусах Цельсия (⁰С).

В таблице приведены значения коэффициента v, подсчитанные по формуле (8).

Для измерения температуры воды при выполнении лабораторных работ используются термометры.

Значение коэффициента ν

t,0C	5	6	7	8	9	10	11
ν, cm2/c	0.0152	0.0147	0.0143	0.0139	0.0135	0.0131	0.0128
t, 0C	12	13	14	15	16	17	18
ν, cm2/c	0.0124	0.0120	0.0117	0.0114	0.0112	0.0109	0.0106

Все необходимые размеры лабораторных установок указаны в таблицах, укреплённых на стендах.

Пробное описание каждой установки приводится при рассмотрении соответствующей лабораторной работы.