- •Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика»
- •К 24 Методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика». /сост. Карманчиков а.И., Ижевск: Изд. «Удмуртский университет», 2011. 75 с.
- •Содержание
- •Введение
- •Правила выполнения лабораторных работ
- •Методические указания к лабораторной работе № 1 (гд-1) изучение действия основного закона гидростатистики
- •1.2. Описание лабораторных установок и указания по проведению измерений гидростатического давления.
- •1.2.1 Описание установки гд-1
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания к лабораторной работе № 2 (гд-3) Исследование уравнения Бернулли для несжимаемых жидкостей
- •Задание на выполнение работы
- •Общие сведения
- •Описание лабораторной установки и указания по проведению исследований.
- •1.3.3. Указания к обработке результатов измерений и выполнению расчетов.
- •Контрольные вопросы
- •Протокол опытного исследования уравнения Бернулли
- •Методические указания к лабораторной работе № 3 (гд-4) «Исследование смены режимов течения жидкости»
- •3.1. Задание на выполнение работы
- •3.2 Общие сведения и краткая историческая справка.
- •2.3.2. Порядок выполнения опытов
- •2.3.3. Указания и обработка результатов измерений к выполнению расчётов.
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Методические указания к лабораторной работе № 4 (гд-5) Определение потерь напора в местных гидравлических сопротивлениях при течении жидкости в гидросхемах.
- •4.1. Основные расчётные зависимости.
- •4.1.1. Внезапное расширение потока.
- •4.1.2. Внезапное сужение потока.
- •4.1.3. Поворот русла.
- •4.2. Описание лабораторной установки.
- •Методические указания к лабораторной работе № 5
- •1. Лабораторная работа по определению коэффициента местного сопротивления в коленах (внезапных поворотах)
- •2. Лабораторная работа по определению коэффициента местного сопротивления для внезапного расширения потока.
- •Контрольные вопросы.
- •Методические указания к лабораторной работе № 5 (гд-7) «истечение жидкости через отверстия и насадки»
- •3.1. Основные сведения.
- •3.1.1. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке.
- •3.1.2. Истечение жидкости через большие отверстия.
- •3.1.3. Истечение жидкости через насадки
- •3.1.4. Истечение при переменном напоре.
- •3.1.5. Форма и траектория струи, инверсия.
- •3.2. Описание лабораторной установки и указания по проведению экспериментальных исследований истечения жидкости через отверстия и насадки.
- •3.2.1. Описание установки.
- •3.2.2. Указания к проведению работы по исследованию истечения воды через отверстия и насадки.
- •3.2.3. Обработка результатов измерений.
- •3.3. Контрольные вопросы и задания.
- •426034, Ижевск, Университетская, 1, корп. 4.
-
Задание на выполнение работы
-
Проверить лекционный материал по закону сохранения энергии потока жидкости, выводу уравнения Бернулли из закона сохранения энергии и из уравнения Эйлера для движущейся жидкости, основные понятия и термины, перечислены выше, примеры практического применения уравнения Бернулли.
-
Самостоятельно изучить теоретический материал по различным формам математической записи уравнения Бернулли, конструкциям приборов для изменения динамического или полного напоров жидкости , расходной скорости / 2,4/.
-
Ознакомиться с лабораторной установкой, ее конструкцией и техническими данными.
-
Провести опыты по исследованию равнения Бернулли и занести в протокол испытаний все фиксируемые параметры .
-
Произвести расчет всех параметров, представленных в протоколе испытаний.
-
Зарисовать в журнал лабораторных работ схему установки, кратко описать порядок выполнения работы, заполнить техническую документацию испытаний.
-
Построить энергетическую диаграмму, то есть пьезометрическую линию полных напоров с указанием величин удельной энергии в соответствующих сечениях.
-
Сравнить экспериментальные и расчетные величины напоров в каждом из сечений, определить абсолютную и относительную погрешности измерения напоров для данной скорости потока.
-
Дать ответы на контрольные вопросы при защите лабораторной работы ( по указанию преподавателя).
-
-
Общие сведения
Уравнения Бернулли является основным уравнением установившегося движения жидкости.
Для струйки идеальной жидкости уравнение Бернулли представляет собой аналитическое выражение закона сохранения энергии;
= (1.1)
Здесь все члены уравнения (1.1) имеют линейную размерность и в энергетическом смысле представляют собой удельную энергию жидкости, т.е. энергию, отнесенную к единице веса жидкости. Так, Z и cответственно удельная потенциальная энергияположения и давления; - удельная кинетическая энергия; V – местная скорость; p – плотность жидкости; P – давление; g – ускорение силы тяжести.
Величина удельной энергии применительно к потоку жидкости измеряется напором , который можно представить графически. Поэтому в гидравлике: Z – геометрический напор, определяется геометрической высотой расположения центра тягости сечения над горизонтальной плоскостью сравнения; – статический напор или пьезометрическая высота;
– скоростной (динамический) напор или скоростная высота в выбранной точке , определяемая высотой ,которую может достичь частица жидкости, движущаяся вертикально вверх с первоначальной скоростью V.
Для потока реальной жидкости уравнение Бернулли является уравнением баланса энергии с учетом потерь и для плавно изменяющегося потока вязкой несжимаемой жидкости имеет вид:
Здесь индексы 1 и 2 соответствуют двум различным живым сечениям Удельный вес жидкости; L – коэффициент Кориолиса, характеризующий неравномерность распределения местных скоростей в живом сечение потока, равный отношению удельной кинетической энергии, рассчитанной по действительно скорости U, к удельной кинетической энергии, рассчитанной по средней скорости V:
где S- площадь живого сечения.
Для установившегося плавно изменяющегося движения в каналах и трубах при турбулентном режиме движения L = 1.05-1.10; при ламинарном режиме движения в трубе круглого сечения L= 2.0
В уравнение (1.2) удельная кинетическая энергия выражается через среднюю скорость потока в данном сечении;(z+p\) удельная потенциальная энергия жидкости; (Z+ p\ – полный запас удельной механической энергии жидкости в данном сечение потока; hw- удельная механическая энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению жидкости между сечениями потока и переходящая в тепловую энергию т.е. потери удельной энергии на трение по длине h дл и местные потери h мест:
Если уравнение (1.2) умножить на pg , то получим
(1.5)
Члены уравнения (1.5) имеют размерность единицы давления и предоставляют собой энергию, отнесенную к единице объема. Если уравнение (1.2) умножим на g , то получим
(1.6)
где члены имеют размерность и представляют собой энергию, отнесенную к единице массы.
Итак, уравнение Бернулли является выражением закона сохранение энергии в потоке жидкости. Согласно ему, если на участке потока повышается скорость ( увеличивается кинетическая энергия), то снижается давление (уменьшается потенциальная энергия). Наглядно уравнение Бернулли может быть продемонстрировано на участке наклонного трубопровода переменного живого сечения, в характерных местах которого установлены гидродинамические трубки ( трубки Пито) (рис. 1.1)
Рис.1.1. Схема наклонного трубопровода
Выделим участки потока в трех сечениях, центры тяжести которых расположены от плоскости сравнения 0-0 на расстояниях соответственно .Отложим вертикально от центра тяжести сечения №1 пьезометрическую высоту и скоростную высоту., аналогичную выполним для сечений № 2 и 3. Кривая соединяющая верхние концы указанных вертикальных отрезков называется напорной линией, а сумма трех высот – гидродинамическим (полным) напором.
Для идеальной жидкости H= const,следовательно, напорная линия будет параллельна плоскости сравнения 0-0. При движении реальной жидкости гидродинамический напор вдоль потока уменьшается, так как часть его затрачивается, на преодоление сопротивлений движению, поэтому кривая Н-Н ( кривая полных напоров) является нисходящей. Кривая, соединяющая вершины отрезков , называется пьезометрической линией, которая может быть как нисходящей, так и восходящей.
При равномерном движении средние скорости на рассматриваемом участке во всех сечениях одинаковы, поэтому напорная и пьезометрическая линии будут параллельны. Падение напорной линии на единицу длины представляет гидролический уклон, причем всегда j >0. Падение пьезометрической линии на единицу длины называется пьезометрическим уклоном , который может быть и положительным и отрицательным. На участках с равномерным движением В этом случае потеря напора может быть определение по разности гидростатических напоров:
(1.5)
Для горизонтальных участков или в случае, если плоскость в сравнения 0-0 проведена по оси потока напора может быть определена непосредственно по разности показаний пьезометров:
.
При турбулентном течении точка, которая местная скорость равна средней скорости в трубе, находится на расстоянии примерно 0,24 от стенки трубы, а при ламинарном- примерно на расстоянии 0,7 , что необходимо учитывать при введении скоростной трубки в поток.