3. Методика проведення лабораторних робіт та обробка результатів.

3.1. Визначення режиму протікання рідини.

При проведенні роботи відкриваються вентилі В₁ В₂, В₅, В₈ та В₁₀. У першому досліді вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам. Решта вентилів знаходяться в положенні «закрито». Рідина з напірного баку А поступає у скляну трубку між вентилями В₅ та B₈ та стікає у приймальний бак Б. Після встановлення стаціонарного режиму протікання на витратомірі Р визначається витрата рідини, розраховується швидкість її протікання, величина критерію Рейнольдса та коефіцієнту тертя. Вимірювання проводиться при трьох витратах рідини у залежності від ступеню відкриття крану В₅. Результати вимірювань заносяться у таблицю.

3.2. Визначення витрат тиску на тертя.

При проведенні роботи відкрито вентилі В₁, В₂, В₄, B₇, та В₁₀ (у досліді №1 усі вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам). Решта вентилів у положенні «закрито». Визначаються експериментально витрати рідини, довжина та діаметр скляної трубки, показники манометру М₃. Розраховується: швидкість протікання рідини у скляній трубці та коефіцієнт тертя (∆P_м.о=0). Вимірювання проводяться при трьох різних швидкостях протікання рідини. Отримані результати заносяться у таблицю.

3.3. Визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводів.

При проведенні роботи відкрито вентилі В₁, В₃, B₆, B₉ та B₁₀ (у досліді №1 усі вентилі відкриті повністю, що відповідає максимальним витратам). Решта вентилів у положенні «закрито». Рідина протікає у просторі між вентилями В₃ та B₆. Експериментально визначаються показники манометрів М₁ та М₂. При заданих діаметрах трубки розраховуються швидкості руху рідини у трубці та розширенні та величина місцевого опору при звуженні та розширенні трубки. Величиною витрат на тертя знехтуємо, тобто L<d. Вимірювання проводяться при трьох різних швидкостях протікання рідини. Отримані результати заносяться в таблицю.

Рис.1. Схема установки для проведення лабораторних робіт з гідравліки.

А, Б – натискний та приймальний баки, Н – насос, Р – витратомір, М₁ та М₃ – манометри, В₁ -В₁₀ – запірні вентилі, К₁ -К₅ – коліна, Т₁ -Т₂ – трійники.

Проведені обрахунки:

Стандартні і виміряні величини:

d_внутр=8,5˖10^-3 м

t = 17˚C

= 998, 3 кг/м³

μ = 1,083˖10^-3 Па˖с

Re= ,

де: ω - середня швидкість протікання рідини, м/с;

d - внутрішній діаметр труби, м;

μ - динамічна в'язкість рідини; Па˖с;

ρ - густина рідини, кг/м³.

,

де: Vc – витрата рідини, м³/с;

f - площа поперечного перерізу трубопроводу, м².

При R_e <2300: λ=64/R_e

При R_e <100000: λ=0,316R_e^0,25,

де λ – коефіцієнт тертя.

Дослід 1

λ₁=64/R_e=

λ₂=0,316/R_e^0,25=

λ₃=0,316/R_e^0,25=

№ досліду	Внутрішній діаметр трубки, м, *10-3.	Витрати рідини, м3, *10-6	Час витікання, с	Vc, м3/с, *10-6	ω, м/с	ρ кг/м3	μ Па˖с,*10-3	Re	λ
1.	8,5	13,33	7,5	100	0,24	998,3	1,083	1880	0,034
2.	8,5	50	2	100	0,88	998,3	1,083	6895	0,035
3.	8,5	100	1	100	1,76	998,3	1,083	13790	0,029

Табл.1

Дослід 2

Vc₁=

Vc₂=

Vc₃=

λ₁=64/R_e=

λ₂=0,316/R_e^0,25=

λ₃=0,316/R_e^0,25=

Розраховуємо втрати тиску на тертя:

Тоді

Δр_1досл=10˖10^-3 м

Δр_2досл=75˖10^-3 м

Δр_3досл=202˖10^-3 м

1 м вод. ст.= 9,81˖10³ Па

Δр_1досл= 10˖10^-3˖9,81˖10³ = 98,1 Па

Δр_2досл=75˖10^-3 ˖9,81˖10³=735,75 Па

Δр_3досл=202˖10^-3 ˖9,81˖10³=1981,6

№ досліду	Внутрішній діаметр трубки, м, ˖10-3.	Довжина трубопроводу, м	Витрати рідини, м3, ˖10-6	Час витікання, с	Vc, м3/с, ˖10-6	ω, м/с	ρ кг/м3	μ Па˖с, ˖10-3	Re	λ	Δрдосл, Па	Δррозрах, Па
1.	14,4	1,12	100	6		0,1	998,3	1,083	1880	0,034	98,1	18,6
2.				3		0,2			6895	0,035	735,8	68,3
3.				2,2		0,28			13790	0,029	1981,6	121,8

Табл.2

Дослід 3

Vc₁=

Vc₂=

Vc₃= .

D_{внутр. на звуж}= 26,2 - 2˖1,5=23,2 мм

D_{внутр. на розш.} =37,5 - 2˖1,5=34,5 мм

При зміненому перерізі трубопроводу, відповідно рівняння нерозривності струменю:

де: ω₁d₁ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у першому перерізі;

ω₂d₂ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у другому перерізі.

ω_{1 розш}=

ω_{2 розш} =

ω_{3 розш} =

,

де: ξ - коефіцієнт місцевого опору.

Коефіцієнт місцевого опору для розширення:

1. f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ , для Re = 1005, Re = 1690 та Re = 2566:

Re – 1000 ξ – 1,05

Re - 3000 ξ – 0,4

ξ1= .

2. f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ , для Re = 1690

Re – 1000 ξ – 1,05

Re - 3000 ξ – 0,4

ξ₂= .

3. f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ , для Re = 2566:

Re – 1000 ξ – 1,05

Re - 3000 ξ – 0,4

ξ₃= .

Коефіцієнт місцевого опору для звуження:

1. f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ ,

для Re = 668:

Re – 100 ξ – 1,00

Re - 1000 ξ – 0,35

ξ₁= .

2. f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ₂ ,

для Re = 1146:

Re – 1000 ξ – 0,35

Re - 10000 ξ – 0,3

ξ₂= .

3) f_звуж/f_розш = / =0,45 , тоді ξ₃ ,

для Re = 1719:

Re – 1000 ξ – 0,35

Re - 10000 ξ – 0,3

ξ₃= .

[1, табл. ХІІІ, с. 522]

на розширенні:

на звуженні

1 м вод. ст.= 9,81˖10³ Па

1. Δр_розш=2˖10^-3˖9,81˖10³=20 Па

2. Δр_розш=5˖10^-3˖9,81˖10³=49 Па

3. Δр_розш=60˖10^-3˖9,81˖10³=589 Па

Δр_звуж=2,5˖10^-3˖9,81˖10³=25 Па

Δр_звуж=4˖10^-3˖9,81˖10³=40 Па

Δр_звуж=10˖10^-3˖9,81˖10³=98 Па

№ досліду	Внутрішній діаметр трубки, м, ˖10-3.			Довжина трубопроводу, м		Витрати рідини, м3, ˖10-6		Час витікання, с		Vc, м3/с, ˖10-6		ω, м/с		ρ кг/м3		μ Па˖с, ˖10-3		Re		Дослідні				Розрах.
																				Δрзвуж, Па		Δррозш, Па		ΔрМ.О.розш, Па		ΔрМ.О.звуж, Па
	звуж	ррозш
1	23,2	34,5	1,35		100		5				0,047		998,3		1,083		1005		225		20		1,16		0,65
22							3				0,079						1690		440		49		2,6		1,1
33							2				0,12						2566		98		3,88		589		2,5

Табл.3

Контрольні запитання.

1. Головні фізичні властивості рідин.

2. Які рідини називають ньютонівськими та у чому їх відмінність від не ньютонівських?

3. Чим визначається та у яких одиницях виражається густина?

4. Співвідношення між динамічними та кінетичними коефіцієнтами густини?

5. Як залежить густина від температури та тиску?

6. Як визначається густина сумішей неасоційованих рідин та газів?

7. Як визначається зв'язок між витратами рідини та швидкістю її руху?

8. Що таке еквівалентний діаметр та гідравлічний радіус?

9. На подолання яких витрат витрачається енергія при протіканні рідин трубопроводами ?

10. Як визначається шероховатість труб?

11.Які існують види місцевих опорів?

12. Яка загальна форма залежності коефіцієнту тертя від критерію Рейнольдса?

13. Як записується і що визначає рівняння Бернуллі?

14. Що визначає рівняння нерозривності потоку?

15. Яке визначення головного рівняння гідростатики?

16. Як визначити тиск у будь-якій точці об'єму рідини?

17. Від яких параметрів залежить величина критерію Рейнольдса?