48

Министерство образования и науки

Вологодский государственный технический университет

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Механика. Гидравлика

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Часть II

Факультеты: экологии;

инженерно – строительный

Специальности: 270112, 270205, 270102, 270105, 280302

Бакалавриат: 270100

Вологда

2010

УДК 378.147:532

Механика. Гидравлика. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Часть II. - Вологда: ВоГТУ, 2010. – 48 с.

Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 270112, 270205, 270102, 270105, 280302 и бакалавриата 270100, изучающих дисциплины: «Механика. Гидравлика», «Прикладная механика жидкости и газа».

В методических указаниях сформулирована цель лабораторных работ, представлены общие положения, раскрывающие физическую сущность гидравлических явлений и процессов, показан порядок выполнения работ и обработки опытных данных

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составители: Тянин А.Н., канд. техн. наук, доцент

Нешатаева А.В., канд. техн. наук, доцент

Рецензент: Лебедева Е.А., канд. техн. наук, доцент

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ ОТРЫТОГО ПОТОКА

Цель работы

1. Выяснить характер распределения скоростей в живом сечении открытого плавно изменяющегося потока.

2. Определить коэффициент неравномерности распределения скоростей (коэффициент Кориолиса) и (коэффициент Буссинеска).

3. Построить эпюры скоростей в живом сечении потока.

Общие сведения

Скорости u (действительные или осредненные) движения отдельных частиц вязкой жидкости различны по величине в отдельных точках поперечного сечения потока. Разбивая живое сечение потока на элементарные площадки , можно расход потока жидкости записать как сумму элементарных расходов .

Частицы жидкости в различных точках сечения обладают различной кинетической энергией, которую можно найти из выражения:

,

где - масса элементарного объема жидкости , проходящей за время через живое сечение :

где - элементарный расход через площадку при скорости движения отдельных частиц вязкой жидкости:

Кинетическая энергия жидкости, протекающей через элементарное сечение за единицу времени (1 секунда) равна:

Кинетическая энергия жидкости, протекающей через все живое сечение за единицу времени равна:

(1)

Величина кинетической энергии той же массы жидкости в предположении, что скорости во всех точках рассматриваемого живого сечения одинаковы и равны средней скорости , равна:

(2)

Значение кинетической энергии, вычисленное по выражению (2) всегда меньше, чем действительное, вычисленное по выражению (1) с учетом местных скоростей.

Отношение действительной кинетической энергии потока к кинетической энергии, вычисленной по средней скорости , обозначают через и называют коэффициентом Кориолиса. Коэффициент можно представить в виде:

(3)

Числовое значение коэффициента всегда больше единицы, причем, чем больше неравномерность распределения скоростей по живому сечению, тем больше величина .

Для равномерного турбулентного напорного потока в трубе с круглой формой поперечного сечения коэффициент . Для равномерного ламинарного движения жидкости в тех же условиях .

Действительное количество движения массы жидкости , протекающей через живое сечение за одну секунду, определяется из выражения:

Количество движения жидкости, протекающей через живое сечение , в каждой точке которого скорости различны (действительное количество движения при неравномерном распределении скоростей по сечению), будет равно:

(4)

Количество движения той же массы жидкости, подсчитанное в предположении, что скорости во всех точках плоского живого сечения одинаковы и равны средней скорости равно:

(5)

Отношение действительного количества движения массы жидкости, протекающей через плоское живое сечение потока за единицу времени (1 секунду), к количеству движения, которое имела бы та же масса жидкости, если бы все частицы жидкости обладали одинаковыми в данном сечении скоростями, равными средней скорости течения , называется коррективом количества движения или коэффициентом Буссинеска. Коэффициент Буссинеска можно представить в виде:

(6)

Числовые значения коэффициента всегда больше единицы. Чем больше неравномерность скоростей в живом сечении, тем больше величина коэффициента . При равномерном турбулентном напорном потоке в трубопроводе с круглой формой поперечного сечения . Для равномерного ламинарного движения в тех же условиях .

При выполнении данной лабораторной работы опыты проводят в гидравлическом лотке (рис.1), который имеет прямоугольную форму поперечного сечения.

Для регулирования глубины воды и скорости течения используют жалюзный затвор 1, установленный в конце лотка. Расход, проходящий по лотку, изменяют с помощью задвижки 2, установленной на трубопроводе перед стационарным мерным водосливом. Отметки горизонта воды в гидравлическом лотке измеряют шпитценмасштабом 4.

Для измерения скорости движения частиц жидкости используют микровертушку 3. Микровертушка крепится на измерительной игле и может быть расположена в любой точке поперечного сечения потока жидкости.