- •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
3.2 Лабораторное занятие «Исследование режимов движения жидкости» Основные сведения
Английский ученый 0.Рейнольдс в 1883 году окончательно установил, что режим (характер) движения жидкости может быть принципиально различным.
Основой лабораторной установки Рейнольдса (рисунок 3.3) является стеклянная трубка, в которую из бака поступает жидкость. В ее поток через тоненькую трубку подается краситель. Для исключения влияния архимедовой силы краситель имеет тот же объемный вес, что и жидкость, протекающая через стеклянную трубку.
Наблюдая за перемещением красителя, можно судить о режиме движения жидкости. В результате таких наблюдений было установлено, что при малых скоростях потока краситель движется параллельно стенкам трубки, не смешиваясь с окружающей жидкостью. Хорошо видна прямая окрашенная струйка жидкости (рисунок 3.3, б, позиция Ι). Это позволяет сделать вывод, что в данных условиях частицы жидкости движутся по прямолинейным траекториям, создавая как бы отдельные слои или трубки жидкости. Такой режим называется ламинарным.
Если постепенно увеличивать скорость потока жидкости в стеклянной трубке, то можно заметить, что, начиная с некоторой скорости, подкрашенная струйка жидкости примет волнообразное очертание, а затем в струйке появятся разрывы и она потеряет четкую форму (рисунок 3.3, б, позиция ΙΙ). Этот режим называется переходным или неустойчивым.
При дальнейшем увеличении скорости, начиная с некоторого момента, краситель быстро перемешивается, равномерно окрашивая весь поток жидкости. Это говорит о том, что в данном случае частицы жидкости помимо основного направления вдоль трубы двигаются еще хаотично во всех направлениях. При этом местная мгновенная скорость в потоке непрерывно изменяется по величине и направлению, то есть наблюдается пульсация скорости (рисунок 3.3, б, позиция ΙΙΙ). Такой режим называется турбулентным.
Рисунок 3.3
а) Схема установки: 1 — вентиль подвода воды от сети; 2 — водослив для поддержания постоянного уровня воды в баке; 3 — напорный бак; 4 — сосуд с окрашенной жидкостью; 5 — вентиль подачи окрашенной жидкости; 6 — успокоительные решетки; 7 — стеклянная трубка; 8 — вентиль регулирования расхода воды в стеклянной трубке.
б) Наблюдаемый вид окрашенной жидкости: 1 — ламинарный режим; 2 — переходный режим; 3 — турбулентный режим
Следовательно, турбулентное движение, в отличие от ламинарного, является по своей природе движением неустановившимся, даже в том случае, если происходит при неизменяющемся во времени напоре. Движение частиц при турбулентном режиме напоминает тепловое движение молекул газа. В результате перемешивания частиц жидкости при турбулентном режиме существенно увеличивается гидравлическое сопротивление, улучшаются условия теплоотдачи. Поэтому правильное определение режима движения жидкости имеет большое значение при решении инженерных задач.
Судить о режиме движения жидкости в трубах на основании лабораторных исследований, в виду их трудоемкости, в большинстве случаев нецелесообразно, поэтому вид режима определяют с помощью критерия Рейнольдса:
, (3.7)
где υ — средняя скорость, которая определяется из уравнения
, (3.8)
где d — диаметр трубопровода;
—кинематический коэффициент вязкости;
S — площадь поперечного сечения потока жидкости.
По своей физической природе критерий Рейнольдса представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости (его можно также рассматривать как отношение кинетической энергии потока жидкости к работе сил сопротивления).
При малых числах Rе характер движения определяется силами вязкости, которые препятствуют возникновению и развитию пульсаций. В результате в потоке поддерживается ламинарный режим.
При больших числах Rе возрастают пульсации скоростей и связанные с ними инерционные силы настолько, что вязкость больше не может служить препятствием хаотичному движению частиц жидкости, то есть в потоке будет иметь место турбулентный режим.
В трубах круглого сечения, в среднем при Re < 2 300 (нижнее критическое число) имеет место устойчивый ламинарный режим движения, а при Rе > 4 000 (верхнее критическое число) устойчивый турбулентный режим.
Если 2 300 < Rе< 4 000, то наблюдается неустойчивый (переходный) режим. При этом в потоке возникают пульсации, которые постепенно затухают, то есть на отдельных участках потока ламинарный и турбулентный режим сменяют друг друга.
По формуле (3.7) соотношение сил инерции и вязкости определяется приближенно, так как не все факторы, оказывающие влияние на режим движения, при этом учитываются.
Поэтому приводимые в литературе величины критических чисел справедливы только для средних условий, обычно встречающихся в практике. Например, в потоках с повышенной шероховатостью стенок, либо имеющих резкие изменения формы поперечного сечения, турбулизация наступает при меньших значениях Rе. Наоборот, отсутствие внешних вибраций, плавное сужение потока способствует сохранению ламинарного режима при больших числах Rе (в лабораторных исследованиях удавалось получить ламинарный режим при Rе = 150 000, однако при этом малейшее возмущение переводит режим в турбулентный).
В природе и технике имеет место в основном турбулентный режим движения жидкостей.
Ламинарный режим наблюдается при движении жидкостей повышенной вязкости (нефти, битума, мазута, смазочных масел и др.), а также при движении жидкостей в трубах малого диаметра (капиллярах, порах грунта).