|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ НА КОМПЛЕКСЕ «КАПЕЛЬКА»Стр 1 из 7Следующая ⇒
РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ НА КОМПЛЕКСЕ «КАПЕЛЬКА»
Челябинск Издательство ЮУрГУ УДК 532(076.5)
Бровченко П.Н., Прохасько Л.С. Руководство к лабораторным работам на комплексе “Капелька”. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. – 42 с.
В учебном пособии изложены основные теоретические сведения по курсу гидравлики, а также содержание и методические рекомендации к выполнению лабораторных работ на портативном комплексе “Капелька”. Предназначено для студентов, изучающих общий курс гидравлики, для выполнения лабораторных работ. Пособие также может быть использовано как информационный источник в плане теоретической подготовки студентов по курсу гидравлики (механики жидкости).
Ил. 10, табл. 11, приложение.
Одобрено учебно-методической комиссией аэрокосмического факультета.
Рецензенты: Шпитов А.Б., Карев Г.П.
ã Издательство ЮУрГУ, 2003. ОГЛАВЛЕНИЕ
работа 1. изучение физических свойств жидкости............................................... 4 работа 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.......................................10 работа 3. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ.............................................. 14 РАБОТА 4. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ............................................... 15 РАБОТА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ........................................ 17 РАБОТА 6. ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ............................................................ 20 РАБОТА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ..........25 РАБОТА 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ...................................................... 27 ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................................................... 32
Работа 1. изучение физических свойств жидкости
Цель работы Освоение техники измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения капельных жидкостей
Общие сведения В механике жидкости и газа объектом изучения является жидкость – физическое тело, обладающее текучестью, то есть способностью изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают капельные жидкости и газы. Особенностью первых является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми. Однако при рассмотрении отдельных вопросов, например, гидравлического удара, сжимаемость жидкости следует учитывать. Газы, наоборот, обладают большой сжимаемостью: под действием давления могут значительно уменьшаться в объеме, при уменьшении или отсутствии давления – неограниченно расширяться. В данной работе будут рассмотрены некоторые механические характеристики и физические свойства капельных жидкостей, которые в дальнейшем будем называть просто жидкостями. Таким образом, жидкостью называют малосжимаемое тело, изменяющее свою форму под действием сколь угодно малых сил. Плотностью жидкости r (кг/м3) называют массу жидкости, заключенную в единице ее объема. Для однородной жидкости
где m – масса жидкости, кг; W – объем, м3.
Жидкость может изменять свой объем под действием давления либо в результате изменения температуры. В первом случае это свойство жидкости называется сжимаемостью, во втором – температурным расширением. Сжимаемость – это свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. С количественной точки зрения это свойство оценивается коэффициентом объемного сжатия
где DW – изменение объема, м3; W – первоначальный объем, м3; Dp – изменение давления, Па.
Температурное расширение характеризуется коэффициентом объемного расширения
где Dt – изменение температуры, 0С.
Вязкость представляет собой свойство жидкости сопротивляться сдвигу (скольжению) ее слоев (или частиц). Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями жидкости, текущими с разными скоростями. Она характеризует степень текучести жидкости, подвижности ее частиц. С повышением давления вязкость жидкости увеличивается. Однако зависимость вязкости от давления существенна только при больших перепадах давления (десятки мегапаскалей). Во всех других случаях влияние давления на вязкость можно не учитывать. При увеличении температуры вязкость жидкости заметно уменьшается, а вязкость газов – растет. Если жидкость не движется, вязкость не проявляется. Поэтому при решении задач равновесия жидкостей её можно не принимать во внимание. При движении же жидкости необходимо учитывать силы трения, которые проявляются вследствие вязкости. Вязкость оценивают динамическим коэффициентом вязкости m (Па× с), который представляет собой отношение касательного напряжения внутреннего трения t при прямолинейном движении жидкости к градиенту скорости по нормали
Таким образом, вязкость зависит от рода жидкости и её температуры и не зависит от условий движения жидкости (не путать с динамическим коэффициентом турбулентной вязкости! ). Поверхностное натяжение – свойство жидкости образовывать поверхност-ный слой взаимно притягивающихся молекул – характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения s (Н/м), который равен энергии образования единицы площади межфазной поверхности. Ниже в табл. 1 приведены значения r,
Таблица 1
Описание устройства № 1
Устройство для измерения параметров, характеризующих физические свойства и технические характеристики жидкости, а именно – коэффициента объемного расширения , плотности жидкости, кинематического коэффициента вязкости, а также коэффициента поверхностного натяжения – содержит пять приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе (рис.1), на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3 – 5 начинают действовать при перевертывании устройства № 1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах, ареометр 2 позволяет измерить плотность жидкости, вискозиметр Стокса 3 и капиллярный вискозиметр 4 – определить вязкость, а при помощи сталагмометра 5 определяют поверхностное натяжение жидкости.
Порядок выполнения работы
1. Подсчитать общее число градусных делений Dt в шкале термометра и измерить расстояние ℓ (м) между крайними штрихами шкалы. 2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости по следующей формуле: DW = p × r2× ℓ, (5)
где r – радиус капилляра термометра, м.
3. С учетом начального (при 0 0С) объема термометрической жидкости W найти значение коэффициента температурного расширения 4. Занести значения используемых величин в табл. 1 (см. Приложение).
Порядок выполнения работы
1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нем. 2. Вычислить плотность жидкости по формуле
r = 4× m /(p × d 2× h), (6)
где m – масса ареометра, кг; d – диаметр ареометра, м; h – глубина погружения ареометра, м. Эта формула получена приравниванием силы тяжести ареометра G=m× g и выталкивающей (архимедовой ) силы Рарх = r× g× W, где объем погруженной части ареометра W = (p× d2/4)× h. 3. Сравнить опытное значение плотности r со справочным значением r* (см. табл. 1). 4. Значения используемых величин свести в табл. 2 (см. Приложение).
Порядок выполнения работы
1. Повернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости на 1800 и зафикси-ровать секундомером время t прохождения шариком расстояния ℓ между двумя метками в приборе 3. Шарик должен падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднее арифметичес-кое значение времени t. 2. Вычислить опытное значение кинематического коэффициента вязкости жидкости по следующей зависимости:
n = g × d 2× t × (rш /r - 1) / [18× ℓ + 43, 2 × ℓ × (d / D)], (7)
где g – ускорение свободного падения, м/с2; d и D – диаметры шарика и цилиндрической ёмкости соответственно, м; r и rш – плотности жидкости и материала шарика соответственно, кг/м3. 3. Сравнить опытное значение кинематического коэффициента вязкости n с табличным значением n * (см. табл. 1). 4. Значения используемых величин свести в табл. 3 (см. Приложение).
Порядок выполнения работы
1. Перевернуть устройство № 1 в вертикальной плоскости, определить секундомером время t (с) истечения через капилляр объема жидкости между метками (высотой S) из ёмкости вискозиметра 4 и температуру t по термометру 1 (см. рис. 1). 2. Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости по следующей зависимости: n = М × t, (10)
где М – постоянная прибора.
3. Сравнить опытное значение кинематического коэффициента вязкости n с табличным значением n * (см. табл. 1). 4. Значения используемых величин свести в табл. 4 (см. Приложение).
5. Измерение поверхностного натяжения сталагмометром
Сталагмометр 5 служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель. Он содержит ёмкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли (см. рис. 1). Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна ее весу (силе тяжести), и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении ёмкости с заданным объемом. Порядок выполнения работы
1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение капель n. 2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по следующей зависимости: s = К× r / n, (11) где К – постоянная сталагмометра. 3. Сравнить опытное значение коэффициента поверхностного натяжения s с табличным значением s * (см. табл. 1). 4. Значения используемых величин свести в табл. 5 (см. Приложение).
Работа 2. Изучение приборов для измерения давления Цель работы Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления.
Общие сведения Гидростатическим давлением называют нормальное напряжение сжатия в неподвижной жидкости, то есть силу, действующую на единицу площади поверхности, нормально ориентированной к этой силе. За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распределенной по нормаль-ной к ней поверхности площадью 1 м2, то есть 1 Па = 1 Н/м2. Для практических вычислений и измерений эта единица может быть неудобна, поэтому чаще применяют кратные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (Мпа): 1 кПа = 103 Па; 1 МПа = 106 Па. В настоящее время в технике продолжают применять систему единиц МКГСС, в которой за единицу давления принимается 1 кгс/см2. Используют также внесистемные единицы – техническую атмосферу и бар 1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2; 1 бар = 105 Па = 1, 02 ат. В зависимости от способа отсчета различают абсолютное, избыточное (манометрическое) и вакуумметрическое давление. Если жидкость находится в ненапряженном состоянии, то есть в ней отсутствуют напряжения сжатия, то давление равно нулю p = 0. Значения давления, отсчитанные от этого нуля, называют абсолютным давлением pа. Иногда давление удобно отсчитывать от условного нуля, за который принимается атмосферное давление, величина которого в какой-либо точке зависит от высоты этой точки над уровнем моря и незначительно колеблется в одной и той же точке. Нормальное атмосферное давление на уровне моря при температуре 00С принимают равным pат = 101, 3 кПа, что отвечает давлению 760 мм рт. ст. (или 10330 мм вод. ст.). Приближенно это давление можно принять равным pат » 100 кПа = 105 Па. Таким образом, если давление отсчитывать от атмосферного давления, то его величина покажет избыток абсолютного давления над атмосферным. В этом случае давление называется избыточным давлением pи: pи = pа – pат. (1) Избыточное давление отрицательно, если абсолютное давление pа меньше атмосферного pат. Недостаток давления до атмосферного называется вакуумом pв: pв = – pи = pат – pа. (2) На рис. 2 показано соотношение давлений в различных системах отсчета.
Рис. 2. Системы отсчета давлений
Приборы для измерения давления весьма разнообразны. Они классифицируются по различным признакам. По характеру измеряемой величины давления приборы разделяются на следующие группы: – приборы для измерения атмосферного давления pат – барометры; – приборы для измерения разности абсолютного pа и атмосферного давлений pат, то есть для измерения избыточного давления pи – манометры и вакуума pв – вакуумметры. Приборы, измеряющие избыточное давление и вакуум называются мановакуумметрами; – приборы для измерения абсолютного давления pа – манометры абсолютного давления (если измеряемое давление больше атмосферного, то абсолютное давление можно измерять с помощью барометра и манометра; если меньше атмосферного – с помощью барометра и вакуумметра); – приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры; – приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума – микроманометры. По принципу действия различают приборы жидкостные, механические, электрические, комбинированные. К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости, высота которого h (м)служит мерой давления р = r× g× h, (3) где r – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2. Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений. В механических приборах измеряемое давление деформирует упругий элемент прибора – пружину, которая может представлять собой полую трубку, мембрану, сильфон и т.п. Деформация упругого элемента, вызванная давлением, по закону Гука пропорциональна давлению и служит его мерой. Преимуществом механических приборов является их компактность и большой диапазон измеряемых давлений. В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал, который регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. Важным преимуществом этих приборов является то, что с их помощью можно фиксировать давление при быстротекущих процессах. К комбинированным относятся приборы, принцип действия которых носит смешанный характер (например, электромеханические приборы). Цель работы Приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами Общие сведения Абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости определяется по основному закону гидростатики: pа = pо + r× g× h, (1) где pо – абсолютное давление на свободной поверхности, Па; r – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения м/с2; h – глубина погружения точки под свободной поверхностью, м. При выполнении данной лабораторной работы необходимо вычислить давление в заданной точке (например, на дне резервуара) через показания различных приборов, а затем сравнить результаты, полученные двумя путями. Порядок выполнения работы 1. В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (pо > pат), о чем свидетельствует превышение уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 5 (см. рис. 3, а). Для этого устройство поставить на правую сторону, а затем, повернув его против часовой стрелки, отлить часть жидкости из левого колена манова-куумметра 5 в резервуар 2. 2. Снять показания пьезометра hп, уровнемера h и мановакуумметра hм. 3. Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем – через величины, измеренные уровнемером и мановакуум-метром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность d. 4. Над свободной поверхностью в резервуаре 2 создать вакуум (p о < pат), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже, чем в резервуаре, а на мановакуумметре 5 появляется обратный перепад hв (см. рис. 3, б). Для этого устройство поставить на левую сторону, а затем наклоном вправо перелить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакуумметра 5. Далее выполнить операции по пп. 2 и 3. 5. Перевернуть устройство против часовой стрелки (см. рис. 3, в) и определить манометрическое и вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 6, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемера 4. 6. Данные опытов занести в табл. 6 (см. Приложение). 7. Сделать выводы по данной работе. Примечание. Принять атмосферное давление pат = 101 325 Па, плотность во-ды r = 1000 кг/м3. Работа 4. Изучение структуры потоков жидкости Цель работы Наблюдение потоков жидкости с различной структурой и выявление факторов, влияющих на эту структуру. Общие сведения Различают два режима течения жидкости: ламинарный (слоистый) и турбулентный (вихревой). При ламинарном режиме линии тока вполне определяются формой русла, по которому течет жидкость. Частицы жидкости движутся по параллельным траекториям, поперечные перемещения отсутствуют, поэтому поток имеет слоистую структуру. Ламинарное течение является вполне упорядоченным и при постоянном напоре – строго установившемся течением, хотя его нельзя назвать безвихревым: одновременно с поступательным движением имеет место вращательное движение отдельных частиц жидкости относительно своих мгновенных центров вращения. При турбулентном режиме движение отдельных частиц жидкости подобно хаотическому, беспорядочному движению молекул газа, поэтому движение жидкости в целом носит также неупорядоченный характер. При турбулентном движении вектор скорости имеет не только осевые, но и нормальные к оси русла составляющие, поэтому наряду с основным продольным перемещением жидкости существуют поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости, что приводит к интенсивному вихреобразованию потока в целом. Поперечное перемешивание жидкости обуславливает пульсации давления и скорости, при которых вышеназванные параметры в любой точке потока постоянно меняются во времени. При резком изменении поперечного сечения или направления канала от его стенки отрывается транзитная струя. В кольцевом пространстве между транзитной струей и стенкой канала формируется зона интенсивного вихреобразования – циркуляционная (вальцовая) зона. Для визуального наблюдения за характером течения применяют меченые частицы (например, частицы алюминия) или окрашенные (например, чернилами или тушью) струйки. При установившемся (стационарном) течении линия тока совпадает с траекторией частицы и не изменяет своей форме с течением времени, осредненные значения скорости и давления в каждой точке потока также постоянны во времени. В этом случае и расход, то есть количество жидкости, проходящее через заданное сечение в единицу времени, также не изменяется во времени. Описание устройства № 3 Устройство № 3 имеет прозрачный корпус (рис. 4), баки 1 и 2 с успокоительной стенкой 3 для гашения возмущений в жидкости от падения струй и всплывания пузырей воздуха. Баки между собой соединены каналами 4 и 5 с одинаковыми сечениями. Конец канала 4 снабжен перегородкой со щелью 6, а противоположный конец канала 5 – решеткой (перегородкой с множеством отверстий) 7. Устройство заполнено водой, содержащей микроскопические частицы алюминия для визуализации течения. Уровень воды в баке 2 измеряется по шкале 8.
Рис. 4. Схема устройства № 3: 1, 2 – баки; 3 – перегородка; 4, 5 – опытные каналы; 6 – щель; 7 – решетка; 8 – уровнемерная шкала
Устройство работает следующим образом. В положениях устройства, изображенных на рис. 4, а, б, поступающая через левый канал в нижний бак вода вытесняет воздух в виде пузырей в верхний бак. Поэтому давление на входе в канал (на дне верхнего бака) и над жидкостью в нижнем баке уравниваются и истечение происходит под действием постоянного напора Н, создаваемого столбом жидкости в левом канале. Так обеспечивается установившееся (с постоянным во времени расходом) движение жидкости. Причем, в канале 4 устанавливается ламинарный режим течения благодаря низким скоростям течения из-за большого сопротивления щели 6. В свою очередь малое гидравлическое сопротивление решетки 7 обеспечивает турбулентный режим течения в канале 5 за счет больших скоростей (см. рис. 4, б). Расход можно уменьшать наклоном устройства от себя. В случаях, указанных на рис. 4, в, г, д в каналах 4 и 5 возникает неустановившееся (при переменном напоре и расходе) движение жидкости за счет непосредственного соединения воздушных полостей баков. Это позволяет проследить за изменением структуры потоков в процессе уменьшения их скорости до нуля. Порядок выполнения работы 1. Создать в канале 4 ламинарный режим течения жидкости. Для этого при заполненном водой баке 1 поставить устройство баком 2 на стол (см. рис. 4, а). Провести визуальное наблюдение структуры потока. 2. Повернуть устройство в вертикальной плоскости по часовой стрелке на 1800 (см. рис. 4, б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5. 3. При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 5 (с решеткой) занял нижнее горизонтальное положение (см. рис. 4, в). Наблюдать в канале процесс перехода от турбулентного режима движения к ламинарному. Обратить внимание, что решетка приводит к турбулизации потока за ней. 4. При заполненном водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 4 (со щелью) занял нижнее горизонтальное положение (см. рис. 4, г). Наблюдать за структурой потока в баке 2 при внезапном сужении, внезапном расширении в канале за щелью и при входе потока из канала в бак 1. Обратить внимание на циркуляционные (вальцовые) зоны, транзитную струю и связь скоростей с площадями сечений канала. 5. При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании перегородки (см. рис. 4, д). 6. Зарисовать структуры потоков для случаев, указанных в табл. 7 (см. Приложение). 7. Сделать выводы по данной работе. Цель работы 1. Визуальное наблюдение ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости. 2. Освоение расчетного метода определения режима течения. Общие сведения Практическое исследование движения капельных и газообразных жидкостей показывает, что существуют два принципиально различных режима течения: ламинарный и турбулентный режимы. Существование двух резко отличных друг от друга режимов движения жидкости было открыто в 1839 и 1854 гг. немецким инженером-гидромехаником Г. Хагеном; английский физик О. Рейнольдс в 1883 г. опытным путем подтвердил этот факт. Ламинарный режим (от латинского слова lamina – слой) характеризуется слоистым течением без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скоростей и давления. При данном режиме движения отсутствуют поперечные перемещения жидкости, линии тока вполне определяются границами русла, по которому течет жидкость. При постоянном напоре ламинарное течение является упорядоченным, строго установившемся течением (в общем случае возможен неустановившийся режим течения). Ламинарное течение нельзя назвать безвихревым течением, так как наряду с поступательным движением имеет место вращательное движение отдельных частиц жидкости относительно мгновенных центров вращения с некоторыми угловыми скоростями, но отдельные вихри в ламинарном потоке гасятся силами вязкости. Ламинарный режим движения встречается чаще всего в практике течения особенно вязких жидкостей (нефти, нефтепродуктов, битума, масел и т. п.), при низких скоростях течения в каналах незначительного поперечного сечения (движение воды через поры грунта, капилляры и т.п.). Турбулентный режим (от латинского слова turbulentus – беспорядочный) характеризуется хаотическим, беспорядочным движением отдельных частиц жидкости, интенсивным вращением, вихреобразованием и поперечным перемешиванием, пульсациями во времени поля скоростей и поля давлений в любой точке пространства, занятого турбулентным потоком. В целом, при турбулентном режиме жидкость движется поступательно, вместе с тем, составляющие ее частицы имеют не только осевые, но и нормальные к оси русла составляющие вектора скорости, поэтому перемещения отдельных частиц жидкости представляют собой пространственные, неопределенно искривленные траектории. Турбулентный режим движения в природе и технике встречается чаще ламинарного режима, так как на практике обычно имеются дополнительные условия, способствующие турбулизации потока, – неравномерность расхода, местные гидравлические сопротивления, вибрация и пр. Турбулентный режим течения наблюдается при движении маловязких жидкостей (бензина, керосина, спирта, кислоты и пр.), в большинстве случаев гидротехнической и гидромелиоративной практики (движение воды в трубах, каналах, реках и т.п.). Критерием, позволяющим определять режим течения жидкости, является число Рейнольдса
где V – средняя скорость потока, м/с; R=w /П – гидравлический радиус – отношение площади живого сечения w к смоченному периметру П, м; n – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с. Для труб круглого сечения диаметром d число Рейнольдса Re примет следующий вид:
здесь d – внутренний диаметр трубопровода, м. Смена одного режима течения жидкости другим происходит скачкообразно и обусловлена тем, что одно течение теряет устойчивость, другое – приобретает. В инженерной практике режим течения определяют путем сравнения числа Рейнольдса Re с его критическим значением Reкр. Различают два значения этого числа: нижнее критическое число Рейнольдса Reнкр и верхнее критическое числоРейнольдса Reвкр. При числах Рейнольдса Re < Reнкр ламинарное течение является вполне устойчивым: искусственная турбулизация потока и его возмущения гасятся влиянием сил вязкости, и ламинарный режим вновь восстанавливается. При числах Рейнольдса Re > Reвкр движение будет турбулентным. При числах Рейнольдса Reнкр < Re < Reвкр (в так называемой “переходной зоне” или “критической”) оба режима равновероятны: течение может быть либо ламинарным, либо турбулентным. Однако ламинарный режим в этом диапазоне изменения чисел Рейнольдса оказывается крайне неустойчивым: достаточно малейшего возмущения потока (например, толчка и пр.), и ламинарный режим “разрушается” и переходит в турбулентный. При практических расчетахполагают, что в переходной зоне вероятнее турбулентный режим. Для большинства гидравлических систем, работающих в реальных условиях производства, устанавливают следующие общепринятые критические значения чисел Рейнольдса: – нижнее критическое число Рейнольдса Reнкр = 2300; – верхнее критическое число Рейнольдса Reвкр = 4000.
Порядок выполнения работы
1. Снять показания термометра t, оC, находящегося в устройстве № 1 (см. рис. 1) и определить кинематический коэффициент вязкости: 2. Создать в канале 4 течение жидкости при произвольном наклоне устройства № 3 от себя (см. рис. 4, а). 3. Измерить время t (в секундах) перемещения уровня воды в баке на некоторое расстояние S. 4. По данным измерений определить: а) расход жидкости
где числовые значения поперечного сечения бака А и В определить по табло на устройстве № 3; б) среднюю скорость потока (значение площади сечения w, а также диаметра d для дальнейших расчетов также определить по табло на устройстве № 3)
в) число Рейнольдса Re по уравнению (2). 5. Повернуть устройство № 3 в его плоскости на 1800 (см. рис. 4, б) и повторить опыт по пп. 3…5. 6. Данные опытов занести в табл. 8 (см. Приложение). 7. Сделать выводы по данной работе. Цель работы 1. Опытное подтверждение выводов, следующих из уравнения Бернулли, то есть снижение механической энергии вдоль потока, а также перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно. 2. Построение на основании опытных данных пьезометрической и напорной линий, иллюстрирующих изменение удельной потенциальной и полной удельной механической энергии вдоль потока соответственно.
Общие сведения Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости имеет вид:
где z – геометрический напор (высота нормального сечения струйки относительно плоскости сравнения), м; Назовем удельной механической энергией механическую энергию, отнесенную к единице веса жидкости. Эта удельная механическая энергия называется напором. Очевидно, что единица измерения напора – метр (Дж / Н = м).
Геометрическим напором zназывается удельная потенциальная энергия положения жидкости. Пьезометрическим напором Гидростатическим напором Скоростным напором Полным напором
С физической точки зрения уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости выражает закон сохранения механической энергии. Таким образом, полная удельная механическая энергия жидкости постоянна вдоль струйки, но ее составляющие части – кинетическая и потенциальная энергии – могут изменяться. Характер этих изменений вполне определяется геометрическими параметрами струйки. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-11; Просмотров: 770; Нарушение авторского права страницы
, (1)
(1/Па), который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на единицу изменения давления: 
, (2)
(1/0С), который представляет собой относительное изменение объема при изменении температуры на 1 градус и постоянном давлении: 
, (3)
, и кинематическим коэффициентом вязкости (м2/с). Последний равен отношению динамического коэффициента вязкости m к плотности жидкости r: 
. (4)
Рис. 1. Схема устройства № 1: 1 – термометр; 2 – ареометр; 
(см. табл. 1).
– это критерий гидродинамического подобия, который с физической точки зрения представляет собой соотношение инерционных и вязкостных сил и определяется следующим соотношением: 
, (1)
, (2)
. (3)
, (4)
; (5)
(1)
– пьезометрический напор, м (Р – давление в этом сечении), м; 
– скоростной напор (U – скорость в этом сечении), м.
называется удельная потенциальная энергия жидкости.
называется полная (кинетическая и потенциальная) удельная механическая энергия жидкости.