- •Министерство сельского хозяйства
- •Введение
- •1 Общие сведения о жидкостях, методах расчета и обработки результатов измерений
- •Практическое занятие «физико-механические свойства жидкостей» Основные сведения
- •Примеры расчетов
- •1.2 Практическое занятие «Измерение гидравлических параметров и их обработка» Основные сведения
- •Прямые и косвенные измерения
- •Погрешности измерений
- •Правила округления чисел при измерении физических величин
- •Графическое оформление результатов измерения
- •2 Гидростатика
- •Лабораторное занятие «Измерение давления» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •2.2 Практическое занятие «Эпюры гидростатического давления» Основные сведения
- •Пример расчета
- •2.3 Практическое занятие «Сила давления на плоскую поверхность» Основные сведения
- •2.4 Практическое занятие «Сила давления на криволинейную поверхность» Основные сведения
- •Пример расчета
- •2.5 Практическое занятие «Расчет устройств, основанных на законах гидростатики» Основные сведения
- •Примеры расчетов
- •2.5 Практическое занятие «Относительный покой жидкости» Основные сведения
- •Примеры расчетов
- •3 Гидродинамика
- •3.1 Лабораторное занятие «измерение расхода жидкости» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •3.2 Лабораторное занятие «Исследование режимов движения жидкости» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •3.3 Лабораторное занятие «Опытная иллюстраций уравнения бернулли» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •3.4 Лабораторное занятие «Определение коэффициентов, характеризующих гидравлическое трение»» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •3.5 Лабораторное занятие «Местные сопротивления» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •3.6 Практическое занятие «Расчет короткого трубопровода» Основные сведения
- •Основные расчетные зависимости и параметры
- •Пример расчета
- •3.7 Практическое занятие «Расчет разомкнутой водопроводной сети сельскохозяйственного водоснабжения» Основные сведения
- •Расчет главного направления
- •Расчет отвода
- •Пример расчета
- •3.8 Практическое занятие «Гидравлический удар» Основные сведения
- •Пример расчета
- •3.9 Лабораторное занятие «Истечение жидкости через отверстия и насадки»
- •Основные сведения
- •Истечение через малое круглое отверстие в тонкой стенке при
- •Постоянном напоре
- •Истечение через насадки при постоянном напоре
- •Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре
- •Порядок выполнения работы
- •4 Гидравлические машины
- •4.1 Лабораторное занятие «Конструкция и параметры динамических насосов» Центробежные насосы
- •Консольные насосы, тип к или км, гост 22247–76
- •Агрегаты электронасосные центробежные скважинные для воды типа эцв
- •Вихревые насосы типа вк или цвк
- •Центробежные насосы двухстороннего входа, типа д
- •Осевые насосы
- •4.2 Лабораторное занятие «Испытание центробежного насоса» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •4.3 Практическое занятие «Расчет насосной установки» Насосная установка и ее параметры
- •Подбор центробежных насосов
- •Пример подбора центробежного насоса
- •5 Сельскохозяйственное водоснабжение
- •5.1 Лабораторное занятие ««Трубопроводы, трубопроводная арматура. Систем водоснабжения» Трубопроводы
- •Виды соединений трубопроводов и арматуры
- •Гидравлическое испытание трубопроводов
- •Трубопроводная арматура
- •5.2 Лабораторное занятие «Гидравлическое испытание трубопроводов» Основные сведения
- •Порядок выполнения работы
- •5.3 Практическое занятие «Расчет сельскохозяйственного водоснабжения» Основные сведения
- •Пример расчета
- •6 Гидравлический привод
- •Выбор схемы циркуляции жидкости
- •Регулирование параметров рабочих органов (выходное звено)
- •Выбор гидродвигателей Гидродвигатели возвратно-поступательного движения (силовые гидроцилиндры)
- •Выбор гидромоторов и определение основных параметров
- •Определение параметров и выбор насоса
- •Совместная работа гидродвигателей и насосов
- •Гидравлический расчет трубопроводов и рвд
- •Расчет гидравлических потерь
- •Расчет мощности и кпд гидропривода
- •Контрольно-регулирующие, направляющие гидроаппараты и вспомогательные элементы. Назначение и классификация гидроаппаратов
- •Предохранительные клапаны
- •Расчет гидравлических клапанов
- •Редукционный клапан
- •Переливной клапан
- •Гидравлические распределители
- •Расчет распределителей
- •Дроссели и регуляторы потока
- •Расчет дросселей и дросселей-регуляторов расхода
- •Фильтры
- •Расчет фильтра
- •Гидробаки и кондиционеры
- •Расчет основных параметров гидробака
- •Теплообменники
- •Делители потока
- •7 Гидротранспорт в сельскохозяйственном производстве
- •7.1 Практическое занятие «Расчет гидротранспортной установки» Общие сведения
- •Классификация и основные параметры гидросмесей
- •Расчет гидротранспорта высоковязких сельскохозяйственных материалов
- •Пример расчета гидротранспортной установки
- •Приложения
- •Литература
- •Содержание
- •Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов практикум
- •220023, Г. Минск, пр. Независимости, 99, к. 2
2.5 Практическое занятие «Относительный покой жидкости» Основные сведения
а) Вращение цилиндра с жидкостью вокруг вертикальной оси.
Рассмотрим равномерное вращение цилиндрического сосуда с жидкостью вокруг вертикальной оси Z с постоянной угловой скоростью w (рисунок 2.9).
В данном случае на любую единицу массы m, расположенную в жидкости, будут действовать две силы:
– сила тяжести — ;
– центробежная сила инерции — .
Тогда давление в любой точке сосуда с жидкостью можно определить с помощью уравнения:
, (2.23)
где ро — избыточное давление на свободной поверхности;
g — удельный вес жидкости;
r — плотность жидкости.
Свободная поверхность жидкости представляет собой параболу, а в пространстве — параболоид вращения, который определяется уравнением:
, (2.24)
где R — радиус цилиндра;
w — угловая скорость.
Частота вращения цилиндра определяется по уравнению:
, (2.25)
где n — частота вращения, мин-1.
б) Прямолинейное движение сосуда с жидкостью.
Рассмотрим равноускоренное прямолинейное движение сосуда с жидкостью относительно горизонтальной оси X (рисунок 2.10). В этом случае сосуд с жидкостью находится в неравномерном или непрямолинейном движении, то на любую частицу жидкости действуют две силы:
– сила тяжести — ;
– сила инерции — .
Под действием сил свободная поверхность займет положение в соответствии с рисунком 2.10, а ее расположение может быть определено углом наклона a, который определяется по формуле:
. (2.26)
Примеры расчетов
а) Открытый вертикальный цилиндрический сосуд радиусом R = 0,4 м и высотой H = 1,2 м наполнен одой в состоянии покоя до уровня Hо = 0,8 м, равномерно вращается относительно вертикальной оси.
При какой частоте вращения жидкость начнет выливаться из сосуда?
Порядок расчета.
1. Используя закон сохранения массы, приравниваем объемы жидкости до вращения и при вращении:
. (2.27)
Объем параболоида вращения:
.
2. Из уравнения (2.24) определяем угловую скорость w:
3. Определяем высоту параболоида вращения h из уравнения (2.27):
4. Вычисляем частоту вращения цилиндра по формуле (2.25):
б) Резервуар заполненный жидкостью на в состоянии покоя движется по горизонтальной плоскости.
Определить ускорение a, при котором жидкость начнет выливаться из резервуара размерами H = 3 м, l = 6 м (рисунок 2.10).
Порядок расчета.
1. Используя геометрические размеры сосуда, определяем tga, при котором жидкость начнет выливаться из резервуара:
2. По формуле (2.26) определяем величину ускорения:
.
Рисунок 2.9 — Вращение сосуда с жидкостью вокруг вертикальной оси
Рисунок 2.10 — Неравномерное движение сосуда с жидкостью
3 Гидродинамика
3.1 Лабораторное занятие «измерение расхода жидкости» Основные сведения
Расходом называется объем жидкости, проходящий в единицу времени через данное поперечное сечение потока. Отсюда следует, что размерность расхода представляет собой отношение объема ко времени.
Объемный метод измерения расхода состоит в том, что измеряются объем жидкости V и время t, в течение которого этот объем проходит через поперечное сечение.
Расход вычисляется по формуле:
. (3.1)
Для измерения объема жидкости V используется мерный сосуд, объем которого известен, или для механического счетчика объем жидкости прошедший за один оборот стрелки.
При измерении расхода объемным способом секундомер включается в момент прохождения стрелки счетчика, или указателя наполнения мерного сосуда через деление шкалы, принятое за начальное, и выключается в момент окончания отсчета намеченного объема воды.
Объемный метод измерения расхода точный, но применим для измерения относительно небольших расходов.
Объемный метод измерения расхода жидкости — косвенный, поэтому погрешность измерения расхода будет определяться погрешностями прямых измерений объема и времени.
Абсолютная погрешность измерения объема крыльчатым счетчиком (например, типа УВК–40) при доверительной вероятности 0,95 может быть принята ±1 л.
Измерение объема мерным сосудом может быть отнесено к косвенным
методам измерения, так как непосредственно определяется положение уровня жидкости в сосуде. Соответственно, абсолютная погрешность измерения объема оценивается как объем верхнего слоя жидкости глубиной в момент выключения секундомера.
h — абсолютная погрешность измерения положения уровня жидкости в мерном сосуде. Она при неспокойном уровне может достигать 1 см.
Абсолютная погрешность измерения времени определяется неточностью включения и выключения секундомера и округлением при отсчете. Для секундомеров, имеющих цену наименьшего деления 0,2 с, абсолютная погрешность измерения времени t для доверительной вероятности 0,95 может быть принята равной 0,4 с.
Весовой метод измерения расхода заключается в том, что измеряются масса жидкости m (взвешиванием) и время t, в течение которого она проходит через поперечное сечение потока (так же, как и в объемном методе).
Расход вычисляется по формуле:
. (3.2)
Весовой метод измерения расхода также является косвенным. В данном случае погрешность измерения расхода определяется погрешностями измерения массы, плотности и времени. Плотность определяется по справочным данным, которые получены с высокой точностью, поэтому погрешностью определения плотности в данной работе можно пренебречь.
Абсолютная погрешность измерения массы m при доверительной вероятности 0,95 приближенно принимается равной цене наименьшего деления шкалы весов.
Абсолютная погрешность измерения времени t такая же, как и при объемной методе получения расхода.
Весовой метод измерения расхода является одним из наиболее точных, но применим для малых расходов.
Дросселирующие расходомеры: труба Вентури, диафрагменный (шайба) и сопло получили широкие применение для измерения расхода жидкости и газа в трубопроводах. Их принципиальные схемы показаны на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 — Дросселирующие расходомеры:
а — труба Вентури; б — диафрагменный; в — сопло
Для определения расхода с помощью дросселирующих расходомеров по показаниям пьезометров находится перепад удельной потенциальной энергии (потенциального напора), который возникает в приборе при сужении поперечного сечения. РасходQ определяется по тарировочному графику:
. (3.3)
Точность измерения дросселирующими расходомерами зависит от точности тарировки. Во всяком случае, класс точности дросселирующих приборов может быть достигнут не ниже 5.
Расходомер Вентури (рисунок 3.1, а) является лучшим в гидравлическом отношении — он оказывает наименьшее сопротивление потоку жидкости. Недостатком данного прибора являются сложность изготовления и большие размеры.
Диафрагменный расходомер (рисунок 3.1, б) оказывает наибольшее сопротивление потоку жидкости, но он наиболее простой в изготовлении и занимает мало места. Эти преимущества во многих практических случаях являются решающими, поэтому диафрагменные расходомеры получили широкое применение.
Расходомер «сопло» (рисунок 3.1, в) по своим параметрам занимает промежуточное положение в сравнении с рассмотренными выше.
Мерные водосливы (рисунок 3.2) позволяют измерять расходы жидкости большие, чем вышерассмотренные методы. Поэтому водосливы нашли широкое применение для измерения расхода воды, например, в мелиоративных каналах. Простая методика измерения способствовала распространению мерных водосливов и в лабораторной практике.
Мерный водослив представляет собой тонкую стенку, через которую переливается жидкость (рисунок 3.2). Верхняя кромка водослива называется гребнем. Форма сливного отверстия в мерном водосливе бывает треугольная, прямоугольная или трапецеидальная. Треугольная применяется для измерения малых расходов и обычно используется в лабораторных условиях. Для измерения расхода воды в каналах чаще используется трапецеидальная — такая форма лучше соответствует поперечному профилю канала.
При определении расхода измеряется напор (превышение уровня свободной поверхности) над гребнем водослива Н. Вблизи от водослива поверхность жидкости искривляется, поэтому напор измеряется на расстоянии (3–4)H от водослива.
Рисунок 3.2 — Мерный водослив
Расход вычисляется по формуле:
, (3.4)
где S — площадь сливного отверстия, соответствующая напору Н;
m — коэффициент расхода водослива.
Для водосливов, имеющих стандартные размеры, значение коэффициента расхода приводится в справочниках. Нестандартные водосливы требуют тарировки, результаты которой представляются в виде графика Q = f(Н).
Класс точности водослива зависит от точности его изготовления, либо от точности тарировки. Как и в случае дросселирующих расходомеров, он может быть обеспечен не ниже 5.
При пользовании мерным водосливом следует учитывать, что формула (3.4) справедлива для условий, когда уровень воды с низовой стороны не поднимается выше гребня водослива.