- •Лабораторная работа № 1
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок проведения работы
- •Обработка опытных данных
- •Описание экспериментальной установки
- •Описание экспериментальной установки
- •Обработка опытных данных
- •Обработка опытных данных
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок проведения работы
- •Обработка опытных данных
- •Описание экспериментальной установки
- •Лабораторная работа № 12
- •Обработка опытных данных
- •Обработка опытных данных
- •Гидравлика
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
КАФЕДРА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ,
КОНСТРУКЦИЙ И ГИДРАВЛИКИ
Ю.А. Гривнин
Ю.К. Ивановский
Н.Н. Лимарь
Г.И.Мелконян
ГИДРАВЛИКА
Санкт-Петербург
2001
УДК 123.
ББК 12н
Рецензент: к.т.н. доцент Н.В.Растрыгин.
Гривнин Ю.А., Ивановский Ю.К., Лимарь Н.Н. Мелконян Г.И. Гидравлика. Методические указания. – СПб.:СПГУВК, 2001. – 50 с.
Содержат основные сведения из теории рассматриваемого вопроса, описание экспериментальных установок, методику выполнения и оформления работ по общей части гидравлики.
Предназначены для подготовки инженеров всех специальностей по дисциплинам: «Гидравлика», «Гидромеханика», «Механика жидкости и газа», «Гидравлика и гидравлические машины».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.
УДК 123.123
ББК 12н
Санкт-Петербургский государственный
университет водных коммуникаций, 2001
.
СОДЕРЖАНИЕ
-
Лабораторная работа № 1
«Проверка манометра гидростатическим давлением» 4
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«Определение силы гидростатического давления на клапан» 6
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
«Определение числа оборотов равномерно вращающегося
цилиндрического сосуда с жидкостью» 9
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
«Определение режимов движения жидкостей» 13
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
«Построение диаграммы уравнения Бернулли
для напорного трубопровода» 17
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
«Определение показателя степени в формуле потери
напора на трение» 22
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
«Определение потери напора при внезапном расширении
трубопровода» 25
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
«Истечение через малое круглое отверстие в тонкой стенке
при постоянном напоре» 28
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
«Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре» 31
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
«Определение коэффициента расхода прямоугольного
водослива с тонкой стенкой» 33
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
«Снятие энергетических характеристик
центробежного насоса» 36
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12
«Снятие кавитационных характеристик
центробежного насоса» 41
-
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
«Снятие рабочих характеристик центробежных насосов
при параллельном и последовательном соединении» 45
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
-
Наименование работы
«ПРОВЕРКА МАНОМЕТРА ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ»
-
Основные сведения из теории
Гидростатическое давление в любой точке покоящейся жидкости вычисляется по формуле
, (1)
где р – гидростатическое давление в точке;
р0 – давление на поверхности жидкости;
- плотности жидкости;
h – глубина на поверхности жидкости определяется формулой
, (2)
-
Описание экспериментальной установки
Проверка манометра производится на масляном прессе.
Масляный пресс (рис. 1) представляет собой горизонтальную камеру 2, заполненную машинным маслом. В вертикальный цилиндр, соединенный с горизонтальной камерой, вставляется металлический шток с горизонтальным диском 3.
В результате укладки грузов 4 на диск на свободной поверхности масла под штоком создается определенное давление, тем большее, чем больше вес уложенного груза.
К другому концу горизонтальной камеры пресса подключается проверяемый манометр 1. Показание стрелки манометра должно соответствовать величине гидростатического давление, возникающего в масле под действием груза на высоте, соответствующей центру манометра.
Пресс снабжен штурвалом 5, насаженным на горизонтальный вал. При вращении штурвала перемещается поршень, с помощью которого изменяется объем горизонтальной камеры пресса и осуществляется подъем или опускание штока с грузом.
Центр проверяемого манометра расположен выше нижней плоскости штока на hс = 18 см.
-
Порядок проведения работы
На горизонтальный диск укладывается груз. Вращением штурвала шток устанавливается в рабочее положение, фиксируемое по риске, нанесенной на верхней части штока. В таблице записывается показание стрелки манометра и вес штока с грузом. Затем, последовательно, добавляются грузы. В таблицу записываются величины грузов (нарастающим итогом) и соответствующие показания стрелки манометра (при этом шток каждый раз устанавливается в рабочее положение).
Рис 1
-
Обработка опытных данных
Поскольку манометр расположен выше нижнего конца штока, величина гидростатического давления на уровне центра манометра определится из выражения (1), но с той разницей, что член с войдет в него со знаком «минус», т.е.
, (3)
где: рт – гидростатическое давление на уровне центра манометра;
hс – разница отметок уровней масла у центра манометра и у нижнего конца штока;
Значения рт , вычисленные по формуле (3), следует сопоставить с показаниями манометра роп и вычислить относительную погрешность для каждого опыта по формуле:
, (4)
Результаты опытов и данные по их обработке следует занести в таблицу:
-
№
P
кГ
%
1
2
-
Выводы
В выводах по работе следует дать оценку точности манометра при различных давлениях, имея в виду, что задана допустимая погрешность измерений .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
-
Наименование работы
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА
КЛАПАН»
-
Основные сведения из теории
Уравнение равновесия клапана имеет вид
, (1)
где G – равнодействующая сил, действующих на клапан;
Р – сила гидростатического давления воды на клапан;
Gкл - вес клапана;
Ратм – равнодействующая сил атмосферного давления на
клапан;
Fтр – сила трения в блоках;
Gподв – вес подвески (площадки для установки грузов).
Атмосферное давление действует на верхнюю грань клапана с большей силой, чем на нижнюю, т.к. площадь верхней грани несколько больше площади нижней (рис. 2). Однако эта разница невелика и поэтому мы ею пренебрегаем.
Рис 2
Если пренебречь также силами трения в блоках в виду их малости, то уравнение (1) приводится к виду:
, (2)
где h – глубина погружения клапана.
Обозначая и , окончательно получаем формулу
(3)
для теоретического значения веса (усилия), преодолевающего силу давления воды на клапан.
-
Описание экспериментальной установки.
Установка (рис. 3) представляет собой прямоугольный остекленный резервуар 1, ко дну которого крепится патрубок (2).
Рис 3
Верхний подшлифованный край патрубка служит гнездом для плоского круглого клапана (3).
Клапан присоединен к рычагу (4), вращающемуся вокруг горизонтальной оси (5). К концу рычага прикреплена нить, охватывающая блоки (7) и (8). На другом конце нити имеется подвеска (9) для грузов (6). Уровень воды в резервуаре определяется по водомерному стеклу (пьезометру) (10). Спуск воды из резервуара и его наполнение производится через трубки (11).
-
Порядок проведения работы
Резервуар заполняется водой до уровня, обеспечивающего прижатие клапана к гнезду.
На подвеску кладется груз (максимальный) и из резервуара начинают спускать воду. При этом необходимо внимательно наблюдать за клапаном.
В момент открытия клапана (о чем можно судить по появлению струйки воды, вытекающей из-под него) необходимо быстро закрыть трубку (11) и взять отсчет по пьезометру. Затем необходимо снять прежний груз и положить на подвеску меньший груз , после чего повторить опыт.
-
Обработка опытных данных
Результаты опытов заносятся в таблицу
-
№
h
см
Г
%
1
2
3
4
Здесь 1 - отметка верхней грани клапана;
2 - отметка уровня воды по пьезометру.
h = 2-1
Относительная погрешность вычисляется по формуле:
. (4)
По данным опытов строится график, подобный показанному на рис. 4.
Рис 4
-
Выводы
В выводах следует сделать сопоставление опытных данных с теоретическими и объяснить причины полученных расхождений. При этом нужно иметь в виду допущения, принятые при выводе формулы (3), с одной стороны, и неточности определения уровня воды в резервуаре в момент открытия клапана с другой.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
-
Наименование работы
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ РАВНОМЕРНО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СОСУДА С ЖИДКОСТЬЮ»
-
Основные сведения из теории
Если цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью до глубины h0 равномерно вращать вокруг вертикальной оси, то поверхность жидкости в сосуде приобретает форму поверхности параболоида вращения (рис. 5).
Если расположить ось r в горизонтальной плоскости, а ось z направить вертикально вверх, то теоретическое очертание параболоида вращения, записанное в цилиндрических координатах при данном числе оборотов, определится выражением:
, (1)
или
, (2)
где - угловая скорость вращения сосуда;
n - число оборотов сосуда;
z - вертикальная координата точек параболоида вращения;
r - горизонтальная координата этих точек.
Рис 5
Между числом оборотов цилиндра и характерными размерами параболоида вращения имеется определенная связь.
Выражая объем параболоида через разность объема цилиндра и налитой воды, имеем:
или
.
С другой стороны, приравнивая последние выражения для hn , и заменяя , получим:
, (3)
где nтеор – теоретическое число оборотов в минуту;
h0 - глубина налитой в цилиндр воды в состоянии покоя;
h – глубина под вершиной параболоида вращения;
hn – высота параболоида;
R - внутренний радиус цилиндра.
Обозначая , окончательно получим:
. (4)
-
Описание экспериментальной установки
Установка (рис. 6) состоит из станины, на которой установлен электрический мотор (1), приводящий в движение вертикально установленный цилиндр с жидкостью (2).
Рис 6
Над вращающимся цилиндром установлена мерная игла (3), которая может перемещаться как по диаметру цилиндра, так и в вертикальной плоскости. Число оборотов цилиндра определяется тахометром (4).
-
Прядок проведения работы
В сосуд наливается вода (в некоторых установках используется машинное масло), мерной иглой определяется отметка поверхности жидкости в сосуде 0.
Через 4-5 минут после включения мотора, когда очертания параболоида вращения установится, при помощи тахометра определяется число оборотов сосуда nmax (возможно использование ручного и электронного тахометров) и берется отметка вершины параболоида 1 .
В целях построения очертания одной ветви сечения параболоида вращения вертикальной плоскостью, при помощи мерной иглы необходимо взять координаты четырех – пяти экспериментальных точек.
-
Обработка опытных данных
Величина h0 – h , входящая в формулу (3), определяется разностью отметок 1.
В связи с тем, что диаметр шкива ручного тахометра отличен от диаметра цилиндра, опытное число оборотов последнего следует находить по формуле:
, (5)
где - опытное число оборотов цилиндра, определенное с
помощью тахометра;
- отсчет по тахометру;
- диаметр тахометра;
- внешний диаметр цилиндра.
Относительная погрешность полученного числа оборотов вычисляется по формуле:
. (6)
Результаты измерений и данные обработки следует занести в таблицу.
|
|
|
|
|
|
мм |
Об/мин |
% |
|||
|
|
|
|
|
|
№ |
r |
|
|
|
|
мм
|
|||
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
По данным таблицы строится очертание ветви параболоида вращения (опытное) и в этом же масштабе наносится очертание ветви, полученное по формуле (2) (теоретическое); вид графика приведен на рис. 7
Рис 7
-
Выводы
В выводах следует сделать сопоставление опытного и теоретического числа оборотов цилиндра, а так же опытного и теоретического очертания ветви параболоида вращения и объяснить причины полученных расхождений. При этом нужно иметь в виду погрешности при измерении координат точек ветви параболоида вращения, погрешности, возникающие при определении числа оборотов цилиндра тахометром.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
-
Наименование работы
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»
-
Основные сведения из теории
Теория и опыт свидетельствуют о том, что при движении жидкости по трубам, каналам, рекам, и пр. могут иметь место два режима движения.
Первый режим – ламинарный или иначе параллельно струйный, при котором частицы жидкости движутся параллельно оси потока, не перемешиваясь. Такой режим может возникать при малых скоростях и размерах потока и движении вязких жидкостей.
Второй режим – турбулентный, характеризующийся пульсацией скоростей, т.е. непрерывным изменением (в определенных пределах) их по величине и направлению, вызывающим перемешивание частиц жидкости. Такой режим имеет место при значительных скоростях движения жидкости.
Характер режима движения жидкости зависит от величины средней скорости движения , характерного линейного размера потока (в случае круглой трубы этим размером является ее диаметр) и кинематического коэффициента вязкости жидкости , зависящего от температуры.
Безразмерное соотношение этих величин в виде
, (1)
носит название числа Рейнольдса и представляет собой критерий для определения режима движения потока.
Многочисленными опытами установлено, что переход от ламинарного режима к турбулентному происходит в обычных условиях при Rе = 2300. Это значение числа Рейнольдса носит название критического, а скорость движения жидкости, соответствующему этому числу, называется критической. Таким образом, в случае Rе < 2300 имеет место ламинарный режим, а при Rе > 2300 – турбулентный режим. При числах Rе близких к критическому, может возникать переходный режим.