Хидравлично задвижване практически упражнения лабораторна работа. Лабораторни упражнения по хидравлика
Лабораторна работа по хидравлика - раздел Образование, Министерство на земеделието на Руската федерация...
Катедра Инженерство на околната среда,
конструкция и хидравлика
GPD.F.03 Хидравлика
Опд.ф.02.05 хидравлика
GPD.F.07.01 Хидравлика
GPD.F.08.03 ХИДРАВЛИКА
GPD.F.07 Хидравлика и хидравлични машини
GPD.R.03 ПРИЛОЖНА ХИДРОМЕХАНИКА
GPD.F.08 ДИНАМИКА НА ВОДОРОД
Лабораторни упражнения по хидравлика
Насоки
Уфа 2010 гЛаборатория №1
ИЗМЕРВАНЕ НА ОСНОВНИ ХИДРАВЛИЧНИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТЕЧНОСТТА
Главна информация
В лабораторни и производствени условия се измерват следните параметри: ниво, налягане и поток на флуида.
Измерване на ниво.Най-простият уред е стъклена тръба, свързана в долния край с отворен резервоар, в който се определя нивото. В тръба и резервоар, както в комуникиращи съдове, положението на нивото на течността ще бъде същото.
Поплавъчните нивомери са широко използвани (в резервоари за гориво, групови автоматични поилки, различни технологични резервоари). Работното тяло на уреда - поплавъкът - следва измерването на нивото на течността, като съответно се променят показанията на скалата. Механичното движение на поплавъка (първичния сензор) нагоре и надолу може да бъде преобразувано в електрически сигнал с помощта на реостат или индуктор и записано от вторично устройство. В този случай е възможно дистанционно предаване на показанията.
От инструментите, базирани на индиректни методи за определяне на желаната стойност, най-голям интерес представлява капацитивният нивомер. Той използва метален електрод като сензор, покрит с тънък слой пластмасова изолация. Системата електрод-течност-резервоар, когато токът е свързан, образува кондензатор, чийто капацитет зависи от нивото на течността. Недостатъците на капацитивните сензори включват значителна зависимост на показанията от състоянието на изолацията на електрода.
Измерване на налягането . Според предназначението си уреди за измерване на атмосферно налягане (барометри), свръхналягане (манометри - при p ex > 0 и вакуумметри - при p ex<0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).
Според принципа на действие се разграничават течни и пружинни устройства.
В течни устройстваизмереното налягане се балансира от колона течност, чиято височина служи като мярка за налягане. Пиезометърът се отличава с опростения си дизайн, който представлява вертикална стъклена тръба, свързана с долния си край към място
измервания на налягането (фиг. 1.1а).
Фигура 1.1 Течни инструменти:
а) пиезометър;
б) U - образна тръба
Стойността на налягането в точката на свързване се определя от височината h на издигане на течността в пиезометъра: р=rgh, където r е плътността на течността.
Пиезометрите са удобни за измерване на малки свръхналягания - около 0,1-0,2 at. Функционално възможностите са по-широки при двутръбни U-образни устройства (фиг. 1.1б), които се използват като манометри, вакуумметри и диференциални манометри. Стъклената тръба на инструмента може да се напълни с по-тежка течност (като живак). Течните инструменти имат относително висока точност, те се използват за технически измервания, както и за калибриране и проверка на други видове инструменти.
В пружинни устройстваизмереното налягане се възприема от еластичен елемент (тръбна пружина, мембрана, маншон), чиято деформация служи като мярка за налягане. Широко разпространени устройства с тръбни пружини. В такова устройство долният отворен край на овалната тръба (фиг. 1.2а) е неподвижно фиксиран в корпуса, а горният (затворен) край е свободен в пространството.
Под действието на налягането на средата тръбата се стреми да се разгъне (ако p > p at) или, обратно, да се огъне още повече (ако p<р ат). В показывающих приборах упругий элемент, перемещаясь, воздействует через передаточный механизм на стрелку и по шкале ведется отсчет измеряемого давления. В приборах с дистанционной передачей показаний механическое перемещение упругого элемента преобразуется в электрический (или пневматический) сигнал, который регистрируется вторичным прибором.
Фигура 1.2 Пружинни устройства:
а) с тръбна пружина;
б) маншон; в) мембрана
Според класа на точност устройствата с тръбни едноспирални пружини се разделят на:
Технически (за обикновени измервания - клас на точност 1,5; 2,5; 4,0);
Образцов (за точни измервания - клас на точност 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0);
Контрол (за проверка на технически приори - клас на точност 0.5 и 1.0).
Класът на точност е посочен на циферблата на инструмента; характеризира пределната грешка на устройството в % от максималната стойност на скалата при нормални условия (t=20°C, p=760 mm Hg).
Измерване на потока.Най-простият и точен метод за определяне на потока на флуида е обемният с помощта на измервателен съд. Измерването се свежда до регистриране на времето T за пълнене на съд с известен обем W. Тогава дебитът е Q=W/T. В производствените условия като измерватели на количеството течност W се използват различни обемни и високоскоростни измервателни уреди (лопаткови и турбинни). Методът позволява да се определят осреднените за времето стойности на Q.
а) b) в)
Фигура 2.5 Течни измервателни уреди:
а− обемни с овални зъбни колела; b− ротационен;
в− високоскоростен с крилат грамофон
За измерване на моментни дебити в напорни тръбопроводи се използват различни видове разходомери (фиг. 1.4). Удобен за
измервателни разходомери със стеснителни устройства. Принципът на работа на устройството се основава на създаването в потока с помощта на стеснително устройство (например диафрагма) на разлика в статичното налягане и измерването му с диференциален манометър (фиг. 1.4b). Дебитът на течността се определя от кривата на калибриране Q = f(h) или от формулата:
Q = mÀÖ2gh, (2.2)
където m е коефициентът на потока на стесняващото устройство;
h е показанието на диференциалния манометър;
A е константата на разходомера;
където D е диаметърът на тръбопровода;
d е диаметърът на отвора на стесняващото устройство.
Фигура 1.4 Течни измервателни уреди:
а) постоянно диференциално налягане (ротаметър);
б) променлив спад на налягането
(със стеснително устройство - диафрагма);
в) индукция
Обективен
Запознайте се с устройството, принципа на действие и действието на устройствата за измерване на нивото, налягането и потока на течността; научете метода за калибриране на разходомери.
Работен ред
1.3.1 Използвайки образователна литература, насоки, плакати и пълномащабни образци на инструменти, запознайте се с методите за измерване на ниво, налягане и ... вода с помощта на мерителен резервоар. Промяна на контрола на времето...Лаборатория №2
Експериментално изследване на уравнението
Бернули
Главна информация
За стабилно, плавно променящо се движение на реална течност, уравнението на Бернули има формата:
z 1 + 
, (2.1)
където z 1 , z 2 са височините на положението на центровете на тежестта на секции 1 и 2;
р 1 , р 2 - налягане в секции;
u 1 , u 2 - средни дебити в секции;
a 1 ,a 2 - коефициенти на кинетична енергия.
От енергийна гледна точка:
z е специфичната потенциална енергия на позицията (геометрична глава);
Специфична потенциална енергия на налягането (пиезометричен напор);
Специфична кинетична енергия (скоростен напор).
Сумата z ++ = H изразява общата специфична енергия на флуида (общия напор).
От уравнение (2.1) следва, че когато реална течност се движи, общият напор намалява надолу по течението (H 2<Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.
Намаляването на общия напор по определен начин се отразява и на неговите компоненти - пиезометрично и скоростно налягане. Естеството на промените в налягането в определена хидравлична система е от практически интерес и може да бъде визуално изследвано емпирично.
Обективен
Експериментално потвърдете валидността на уравнението
Бернули: да се установи естеството на промяната в общото, пиезометричното и скоростното налягане по време на движението на течността в изследвания тръбопровод.
Методология на опита
Лабораторните упражнения могат да се извършват на специализирана инсталация и универсален стенд.
В първия случай се измерват пиезометрични и общи глави в контролните секции на експерименталната секция с постоянен поток от течност, във втория случай се измерват само пиезометрични, с последващо изчисляване на общите глави.
Въз основа на експерименталните данни е построена графика на главата и е направен анализ на изменението по течението на компонентите на уравнението на Бернули.
Описание на пилотната инсталация
Принципна схема на специализирана инсталация за изследване на уравнението на Бернули е показана на фигура 2.1. Включва резервоар под налягане, ... мерителен резервоар. Експерименталната секция е с променливо напречно сечение (гладка ... Универсалната стойка (Фигура 2.2) има същата конструктивна схема. Неговата отличителна черта е наклонена ...Работна процедура
а) резервоарът под налягане се пълни с вода до постоянно ниво; б) чрез кратко отваряне на крана на експерименталния тръбопровод на инсталацията ... в) дебитът на течността се задава в тръбопровода, осигурявайки видимост на наблюденията и за даден режим ...Обработка на експериментални данни
При работа на специализирана инсталация, според данните от измерванията се изчислява: - среден разход на вода по време на експеримента Q = W/T, (2.2)Даден е анализ на графиката на налягането. Дава се заключение за характера на изменението по течението на общото, пиезометричното и скоростното налягане със съответните обяснения.
Тестови въпроси
1. Какъв е физическият смисъл на уравнението на Бернули?
2. Обяснете концепциите за геометрично, пиезометрично и пълно налягане?
4. Какво показват налягането и пиезометричните линии?
5. Какво определя характера на промяната по протежение на потока на общото, пиезометричното и скоростното налягане?
6. Благодарение на каква енергия на движеща се течност се преодоляват хидравличните съпротивления?
Лаборатория #3
Изучаване на начините на движение на течности
Главна информация
При движение на течност в тръбопровод (канал) са възможни два режима на протичане: ламинарен и турбулентен.
Ламинарният режим се характеризира със слоесто, подредено движение, при което отделните слоеве течност се движат един спрямо друг, без да се смесват един с друг. Струя боя, въведена в ламинарен поток вода, не се отмива от околната среда и изглежда като опъната нишка.
Турбулентният режим се характеризира с неподредено, хаотично движение, когато частиците на течността се движат по сложни, постоянно променящи се траектории. Наличието на напречни компоненти на скоростта в турбулентния поток причинява интензивно смесване на течността. В този случай цветният поток не може да съществува самостоятелно и се разпада под формата на вихри по цялото напречно сечение на тръбата.
Експериментално е установено, че режимът на движение зависи от средната скорост u, диаметъра на тръбата d, плътността на течността r и нейния абсолютен вискозитет m. За характеризиране на режима е обичайно да се използва набор от тези количества, събрани по определен начин в безразмерен комплекс - числото на Рейнолдс
където n = m/r е коефициентът на кинематичен вискозитет.
Числото на Рейнолдс, съответстващо на прехода от ламинарен към турбулентен поток, се нарича критично и се означава с Re cr. Трябва да се подчертае, че поради нестабилността на флуидния поток на границата на ламинарния и турбулентния режим, стойността на Re cr не е строго определена. За цилиндрични тръби по време на движение на водата, като се вземат предвид условията на входа на потока, грапавостта на стените, наличието на първоначални смущения Re kr = 580-2000. При изчисленията обикновено се приема Re kr »2300.
В Re
В повечето технически приложения, свързани с движението на среди с нисък вискозитет (вода, въздух, газ, пара), се реализира турбулентен режим - системи за водоснабдяване, вентилация, газоснабдяване, топлоснабдяване. Ламинарният режим се осъществява във филмови топлообменници (когато кондензатният филм се оттича под въздействието на гравитацията), когато водата се филтрира в порите на почвата, когато вискозните течности се движат през тръбопроводи.
Обективен
Визуалните наблюдения установяват характера на движението на течността при различни режими; да усвои методиката за изчисляване на напорния режим; за пилотната инсталация, определете критичното число на Рейнолдс.
Описание на пилотната инсталация
Лабораторната инсталация (Фигура 3.1) включва резервоар под налягане, тръбопровод (с прозрачен участък за визуално наблюдение), съд с багрило, мерителен резервоар.
Съдът с багрилото е закрепен с помощта на триножник на стената на резервоара под налягане и е снабден с тръба за подаване на багрилото към водния поток, движещ се в тръбопровода. Дебитът се задава от контролния вентил и се определя с помощта на мерителен резервоар.
Работен ред
а) резервоарът под налягане се пълни с вода (до нивото на дренажната тръба, а съдът се пълни с багрило); б) чрез отваряне на контролния клапан в тръбопровода се задава дебитът, с ... Наблюденията на естеството на движението на течността се извършват чрез въвеждане на багрило в потока.Обработка на експериментални данни
- според температурата на водата t (в °С) се определя кинематичният коефициент на вискозитет ... n = ; (3.2)Анализ на резултатите. Заключения от работата
Даден е анализ на визуалните наблюдения на естеството на движението на течността в различни режими. Отбелязани са стойността на критичното число на Рейнолдс за пилотната инсталация и резултатите от изчисленото определяне на режима.
тестови въпроси
1. Какви режими на флуида познавате?
2. Обяснете метода за експериментално определяне на режима на потока.
3. Каква е основната разлика между турбулентния режим и ламинарния?
4. Как се определя режимът на потока чрез изчисление?
5. Дефинирайте критичното число на Рейнолдс.
6. Дайте примери за технически системи (устройства), в които: а) ламинарен поток; б) турбулентен режим.
Лаборатория #4
Определяне на коефициента на хидравл
Триене
Главна информация
Течен поток, който се движи равномерно в тръба (канал), губи част от енергията си поради триене по повърхността на тръбата, както и вътрешно триене в самата течност. Тези загуби се наричат загуба на напор по дължината на потока или загуба на напор при триене.
В съответствие с уравнението на Бернули, загубата на глава по дължината на хоризонтална тръба с постоянен диаметър
h dl = , (4.1)
къде са пиезометричните глави в разглежданите секции.
Експериментите показват, че загубата на налягане по дължината е пропорционална на безразмерния коефициент l, зависи от дължината l и диаметъра d на тръбопровода, средната скорост u. Тази зависимост се установява от известната формула на Дарси-Вайсбах
h dl = . (4.2)
Коефициентът l, характеризиращ съпротивлението на триене, обикновено зависи от числото на Рейнолдс Re и относителната грапавост на стените на тръбата D/d (тук D е абсолютният размер на проекциите на грапавостта). Ефектът на тези величини върху коефициента l в ламинарен и турбулентен режим обаче е различен.
При ламинарен режим грапавостта не влияе на устойчивостта на триене. В този случай l = f(Re) и изчислението се извършва по формулата
l = 64/Re. (4.3)
В турбулентния режим влиянието на Re и D/d се определя от стойността на числото на Рейнолдс. При относително малък Re, както и при ламинарен режим, коефициентът l е функция само на числото на Рейнолдс Re (областта на хидравлично гладките тръби). За изчислението тук са приложими формулите на G. Blasius за Re £ 10 5:
l = 0,316/Re 0,25, (4,4)
и формула g.K. Конаков при Re £ 3 × 10 6:
В диапазона на умерените числа на Рейнолдс l = f(Re,) и доброто съответствие с експеримента се дава от формулата на A.D. Алтшуля:
За достатъчно големи стойности на Re (развит турбулентен поток) ефектът от вискозното триене е незначителен и коефициентът l = f(D/d) е така наречената област на напълно грапави тръби. В този случай изчислението може да се извърши по формулата на B.L. Шифринсън:
Горните и други добре известни емпирични формули за определяне на коефициента на хидравлично триене се получават чрез обработка на експерименталните графики. Сравнявайки резултатите от изчисляването на l с помощта на тези формули с експериментални стойности, може да се оцени надеждността на експериментите.
Обективен
Да овладее метода за експериментално определяне на коефициента на хидравлично триене; за условията на експеримента, установете зависимостта на коефициента на хидравлично триене от режима на потока на течността и сравнете получените резултати с изчисления, използвайки емпирични формули.
Методология на опита
Коефициентът на хидравлично триене се определя индиректно с помощта на формулата на Дарси-Вайсбах (4.2). В същото време, директно от опита, загубата на напор h dl се намира от разликата в пиезометричните напори в началото и в края на изследваната секция на тръбопровода и скоростта на движение u от дебита Q.
Зависимостта l = f(Re) се установява чрез провеждане на експерименти за различни режими на движение на течността и построяване на подходяща графика.
Описание на пилотната инсталация
Лабораторната инсталация (Фигура 4.1) включва резервоар под налягане, експериментален тръбопровод и измервателен резервоар.
Експериментален тръбопровод - хоризонтален, постоянно сечение (l = 1,2 m, d = 25 mm). В секцията за определяне на загубите на налягане има два нипела за статично налягане, които са свързани с пиезометри с помощта на гумени маркучи. Зад измервателната секция е монтиран вентил за регулиране на водния поток.
Работна процедура
а) резервоарът под налягане се пълни с вода до постоянно ниво; б) чрез кратко отваряне на клапана инсталацията се пуска в действие за ... в) в тръбопровода се задават различни дебити на течността в диапазона от минимум до максимум (само 5-6 ...Обработка на експериментални данни
4.6.1 Според данните от измерването изчислете: - дебит Q, средна скорост u, кинематичен коефициент на вискозитет n, число на Рейнолдс Re (вижте лабораторната работа ...Анализ на резултатите. Заключение за работа
тестови въпросиЛаборатория #5
Определяне на коефициента на локал
съпротива
Главна информация
В реалните хидравлични системи движещият се флуид губи механична енергия в прави участъци от тръби, както и във фитинги и фитинги и други местни съпротивления. Загубите на енергия за преодоляване на местни съпротивления (така наречените локални загуби на налягане) се дължат отчасти на триенето, но в по-голяма степен на деформацията на потока, отделянето му от стените и появата на интензивни вихрови потоци.
Локалните загуби на налягане се определят чрез изчисление по формулата на Weisbach:
h m = z m (u 2 /2g), (5.1)
където z m е коефициентът на местно съпротивление; показващ каква част от скоростния напор се изразходва за преодоляване на съпротивлението.
Стойността на z m в общия случай зависи от вида на местното съпротивление и режима на протичане. Експерименталните стойности на коефициента за квадратичната област на турбулентния режим са дадени в референтните таблици.
Обективен
Да овладее метода за експериментално определяне на коефициента на локално съпротивление; определете емпирично коефициента z m за изследваното локално съпротивление, установете зависимостта му от числото на Рейнолдс и сравнете получените данни с табличните.
Методология на опита
Коефициентът на локално съпротивление се определя по индиректен метод, като се използва зависимостта (5.1). В същото време, локалните загуби на глава hm се намират от ...Описание на пилотната инсталация
Инсталацията за експериментално определяне на коефициента на местно съпротивление (Фигура 5.1) включва резервоар под налягане, тръбопровод с изследваното местно съпротивление и измервателен резервоар. На тръбопровода пред локалното съпротивление и зад него са монтирани нипели за статично налягане, които са свързани с пиезометри с помощта на гумени маркучи. Има клапан за контрол на потока на водата.
Работна процедура
а) резервоарът под налягане се пълни с вода до постоянно ниво; б) проверете липсата на въздух в пиезометрите (нивата на водата в тях, когато са затворени ... в) в тръбопровода задайте различни дебити на водата в диапазона от минимум до максимум (само 5-6 ...Обработка на експериментални данни
Според данните от измерването се изчислява следното: - среден дебит Q = W / T и среден дебит u = Q / w (където w е площта на напречното сечение ...Анализ на резултатите
тестови въпросиКакво ще правим с получения материал:
Ако този материал се оказа полезен за вас, можете да го запазите на страницата си в социалните мрежи:
В семинара са представени описания на шестнадесет лабораторни упражнения по дисциплината „Хидравлика“, всяка от които включва кратка теория, насоки за изпълнение и контролни въпроси. Справочният материал е включен в приложението. Речникът на термините се състои от използваните понятия и техните определения.
За студенти, обучаващи се по специалност 19060365 „Обслужване на транспортни и технологични машини и съоръжения (Автомобилен транспорт)” и 19050062 „Експлоатация на автомобилите”.
ПРЕДГОВОР
Изучаването на хидравлика от студенти по специалностите по автомобилен транспорт предвижда определен обем лабораторна работа. Този сборник съдържа описания на лабораторните работи и указания за тяхното изпълнение.
Целта на лабораторния семинар е да консолидира материала от лекционния курс от студентите, да развие уменията за самостоятелна работа с устройства по време на експерименти, да научи методи за определяне на параметрите на движеща се течност и извършване на изчисления, както и способността за рисуване заключения въз основа на получените резултати.
Всяка задача има 2 часа за изпълнение. Тъй като при изучаването на дисциплината част от разделите бяха прехвърлени на студентите за самостоятелно проучване, методическите указания за всяка работа накратко очертават теоретичния материал.
ВЪВЕДЕНИЕ
Хидравликата е техническа наука, която изучава механичните свойства, законите на равновесието и движението на течности. Терминът "течност" обхваща както капчици, практически несвиваеми течности, така и газообразни или свиваеми среди.
Теоретичният подход се основава на принципа на непрекъснатост на Ойлер, според който течността се разглежда не като съвкупност от нейните дискретни материални частици, а като континуум, т.е. непрекъсната или непрекъсната материална среда, която позволява неограничена делимост на нейните частици. Такова виждане за структурата на дадено вещество е допустимо, ако размерите на обемите, в които се разглежда изследваното явление, са достатъчно големи в сравнение с размерите на молекулите и средния им свободен пробег.
В хидравликата широко се използват експериментални методи на изследване, което позволява да се коригират теоретични заключения, които се отклоняват от реалните явления.
Основните раздели на практическата хидравлика са: поток през тръби, изтичане на течност от отвори и през дюзи, взаимодействие на потока с препятствия, движение в пореста среда (филтрация) и хидравлични машини.
ЛАБОРАТОРНИ РАБОТИ
Тема 1. ИЗУЧАВАНЕ НА ФИЗИЧНИТЕ СВОЙСТВА
ТЕЧНОСТИ
Обективен:владее методите за измерване на плътност, топлинно разширение, вискозитет и повърхностно напрежение на течности.
Главна информация
Вещество, което е в течно агрегатно състояние (течна фаза), се нарича течност. Течното агрегатно състояние е междинно между твърдото състояние, което се характеризира със запазване на неговия обем, образуване на повърхност, притежаване на определена якост на опън и газообразното състояние, в което веществото приема формата на съд, където е затворен. В същото време течността има само присъщото й свойство - течливост, т.е. способността да се деформира пластично или вискозно под действието на всякакви (включително произволно малки) напрежения. Течливостта се характеризира със стойността, обратен вискозитет.
Основните характеристики на течността са плътност, свиваемост, термично разширение, вискозитет и повърхностно напрежение.
Плътностна хомогенно вещество се нарича масово съотношение мтечност до нейния обем У:
ρ = м/ У.
Свиваемост- свойството на течността да намалява обема си под действието на равномерно налягане. Тя е оценена коефициент на свиваемост стр, показващ относителното намаляване на обема на течността Δ У/Ус увеличаване на налягането Δ ρ за единица:
βρ = (Δ У/У)/Δ ρ .
топлинно разширение- свойството на течността да променя обема си при нагряване - характеризира се при постоянно налягане, коефициент на обемно термично разширение T, което е равно на относителното нарастване на обема Δ У/Упри промяна на температурата Tедна степен:
β T =(Δ У/У)/Δ T.
По правило при нагряване обемът на течността се увеличава.
Вискозитет(вътрешно триене) - свойството на течните тела да се съпротивляват на движението на една от техните части спрямо друга. Тя се оценява динамичен коефициент на вискозитет , което има размерността на Pa∙s. Характеризира устойчивостта на течност (газ) към изместване на нейните слоеве.
Заедно с динамичния вискозитет, изчисленията често се използват кинематичен коефициент на вискозитетν, което се определя по формулата
ν = μ /ρ
и измервайте m 2 / s или стокс (1 St = 1 cm 2 / s).
Коефициентите на динамичен и кинематичен вискозитет се определят от вида на течността, не зависят от скоростта на потока и намаляват значително с повишаване на температурата.
Повърхностно напрежение- термодинамична характеристика на интерфейса между две фази, определена от работата на обратимо изотермично образуване на единица площ от тази повърхност. В случай на течен интерфейс, повърхностното напрежение се разглежда като сила, действаща на единица дължина от повърхностния контур и стремяща се да намали повърхността до минимум за дадени фазови обеми. Характеризиран повърхностно напрежение , J / m 2 \u003d N / m. Работата по формирането на нова повърхност се изразходва за преодоляване на силите на междумолекулна кохезия (кохезия) по време на прехода на молекулите на веществото от обема на тялото към повърхностния слой. Резултантната на междумолекулните сили в повърхностния слой не е равна на нула и е насочена вътре във фазата, в която адхезионните сили са по-големи. По този начин повърхностното напрежение е мярка за некомпенсираните междумолекулни сили в повърхностния (междуфазов) слой или излишъка на свободна енергия в повърхностния слой в сравнение със свободната енергия в обемите на фазите.
Стойностите на плътността, коефициентите на свиваемост, обемното термично разширение, кинематичният вискозитет и повърхностното напрежение при температура 20 ° C са дадени в таблица. Точка 3.1 от заявлението.
Описание на устройството за изследване
физични свойства на течността
Устройството за изследване на физичните свойства на течността съдържа 5 устройства, направени в един прозрачен корпус (фиг. 1), на който са посочени параметрите, необходими за обработка на експерименталните данни. Устройства 3-5 започват да работят след завъртане на устройството на 180°. Термометър 1 показва температурата на околната среда и следователно температурата на течностите във всички уреди.
Ориз. 1. Схема на устройството:
1 - термометър; 2 - хидрометър; 3 – Стоксов вискозиметър;
4 – капилярен вискозиметър; 5 - сталагмометър
1.1. Определение на коефициента
топлинно разширение на течността
Термометър 1 (фиг. 1) има стъклен съд с капилярка, пълна с термометрична течност и скала. Принципът на неговото действие се основава на топлинното разширение на течности. Промяната в температурата на околната среда води до съответно изменение на обема на термометричната течност и нейното ниво в капиляра. Нивото показва стойността на температурата на скалата.
Коефициентът на топлинно разширение на термометрична течност се определя въз основа на мисловен експеримент. Приема се, че температурата на околната среда се е повишила от долната (нула) до горната гранична стойност на термометъра и нивото на течността в капилярката се е повишило с л.
За да се определи коефициентът на топлинно разширение, е необходимо:
2. Изчислете увеличението на обема на термометричната течност
Δ У = π r 2 л,
където rе радиусът на капилярката на термометъра (посочен на термометъра).
3. Отчитане на началния (при 0°С) обем на термометричната течност У(стойността е дадена на термометъра) намерете коефициента на топлинно разширение β T = (Δ У/У)/Δ Tи го сравнете с референтната стойност β T* (Таблица P. 3.1). Въведете стойностите на използваните количества в таблицата. един.
маса 1
|
Течен тип |
r, |
У, |
Δ T, |
л, |
Δ У, |
β
T , |
β
T *
, |
Алкохол |
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Измерване на плътността на течност с хидрометър
Хидрометър 2 (фиг. 1) се използва за определяне на плътността на течността по метода на поплавъка. Представлява кух цилиндър с милиметрова скала и тежест на дъното. Благодарение на натоварването хидрометърът плава в изследваната течност във вертикално положение. Дълбочината на потапяне на хидрометър е мярка за плътността на течността и се отчита от скала по горния ръб на менискуса на течността около хидрометъра. При конвенционалните ареометри скалата е градуирана по отношение на плътността.
В хода на работа трябва да се извършат следните операции:
1. Измерете дълбочината на потапяне чхидрометър на милиметрова скала върху него.
2. Изчислете плътността на течността по формулата
ρ = 4м/(πd 2 ч),
където ми д– маса и диаметър на хидрометъра (стойностите са дадени на хидрометъра).
Тази формула се получава чрез приравняване на гравитацията на хидрометъра Ж = мги плаваща (архимедова) сила Е А = ρ gW, където обемът на потопената част на хидрометъра У = hpd 2 /4.
3. Сравнете експерименталната стойност на плътността с референтна стойност * (Таблица P. 3.1). Стойностите на използваните количества са обобщени в табл. 2.
таблица 2
Резултати от наблюдения и изчисления
|
Факултет по инженерство и физика на високите технологии Катедра "Физични методи в приложните изследвания". М.В. Валдин Насоки към лабораторния семинар по хидравлика Учебно помагало Уляновск UDC 532.5 (075.8) Барбекю 30.123 i73 Публикувано с решение на Академичния съвет на Факултета по инженерство и физика на високите технологии на Уляновския държавен университет Рецензенти: Доктор на техническите науки, професор в катедрата по нефтен и газов бизнес и услуги П.К. Германович Кандидат на физико-математическите науки, доцент на катедрата по физични методи в приложните изследвания Ю.Н. Зубков Вялдин М.В. В 99 Указания за лабораторен практикум по хидравлика.- Уляновск: УлГУ, 2014.- 48с. Семинарът по хидравлика предвижда изпълнението на 9 лабораторни работи, две от които са насочени към изучаване на конструкцията и принципа на работа на два лабораторни стенда "Хидростатика" и "Хидродинамика", останалите обхващат практическото определяне на хидростатичното налягане, плътността на неизвестна течност, силата на натиск върху хоризонталните и вертикалните стени на съда, хидравлично съпротивление по дължината на тръбата и при внезапно разширение; изследване на флуидния поток по време на изтичане в тръбите на Вентури и визуално наблюдение на ламинарни и турбулентни режими на едномерен флуиден поток. Ръководството е предназначено за студенти от Факултета по инженерство и физика на високите технологии. Уляновски държавен университет, 2014 г Вялдин М.В., 2014 Въведение………………………………………………………………………...4 Измервания, грешки при измерване и представяне на експериментални данни………………………………………………………………………………….4 Лаборатория №1 Проучване на лабораторния стенд "ХИДРОСТАТИКА GS" …………………8 Лаборатория №2 Определяне на хидростатично налягане …………………………………..11 Лаборатория #3 Определяне на плътността на неизвестна течност …………………………......14 Лаборатория #4 Определяне на силата на налягането на флуида върху плоски стени ………………..17 Лаборатория #5 Проучването на лабораторния стенд "ХИДРОДИНАМИКА GD" ………………21 Лаборатория №6 Определяне на загуба на напор в кръгла тръба ………………………………...28 Лаборатория #7 Определяне на загуба на напор поради внезапно разширение ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Лаборатория №8 Експериментално конструиране на диаграми на Бернули ………………………..39 Лаборатория №9 Наблюдение на режимите на потока и определяне на параметрите на потока…. …….43 Въведение Хидравликата като наука е една от най-важните по отношение на практическото приложение на знанията както в производството, така и в ежедневието, а съвременният инженер трябва да знае методите за изучаване на хидравлични явления и диагностика на състоянието на тръбопроводите. Следователно студентите трябва да знаят устройството на различни измервателни уреди за налягане, плътност, вискозитет, разходомери на течности, както и единиците за измерване на тези количества, както в системи от единици в SI и CGS, така и в несистемни мерни единици. За да се изчислят много от изследваните величини, е важно да можете да използвате интернет ресурси за търсене на съответните таблични данни (например кинематичният вискозитет често се бърка с динамичния вискозитет, тъй като те не знаят формулата за връзката между тези количества и съответно не обръщайте внимание на мерните единици и префиксите, посочени в таблиците). Вземането на показания от хидравлични инструменти също представлява някои трудности: например показанията на ротаметъра се дават в деления и за да се преобразуват тези показания в системата SI, е необходимо да можете да използвате графиката на потока (в деления) от дебита (в литри/час). При извършване на лабораторна работа трябва да се помни, че някои от свързващите тръби в стенда "Хидростатика" са отворени и промяната на налягането (излишно и вакуумно налягане) трябва да се извършва плавно и като се вземе предвид инерцията на течността. Измервания, грешки при измерване и представяне на експериментални данни. В лабораторията по хидравлика се извършват преки и косвени измервания. Измерването се разбира като сравнение на измерената стойност с друга стойност, взета като мерна единица. За директни измервания (например температура, налягане и др.) се използват измервателни уреди (термометър, манометър), калибрирани в съответните мерни единици. При индиректни измервания желаната стойност се определя от резултатите от директните измервания на други величини, които са свързани с измерената стойност чрез определена функционална зависимост (например P = P 0 +ρgh, ρ = m/V, ρ = P /gh). При измерване на всякакви количества се извършват три последователни операции: избор, тестване и монтаж на устройства (в нашия случай стендовете се подготвят за работа от техник-инженер); наблюдение на показанията и обратното им броене за всеки режим; изчисляване на желаната стойност от резултатите от измерването и оценка на грешката. Истинската стойност на измереното количество не може да се определи с абсолютна сигурност. Всяко измерване дава стойността на определена величина X с известна грешка ∆X, наречена абсолютна грешка. Грешките при измерването са: систематични, случайни и пропуски. Систематичната грешка е такава грешка, която остава постоянна или редовно се променя, когато се извършват повтарящи се измервания на една и съща стойност. Във всяко измервателно устройство има една или друга систематична грешка, която не може да бъде отстранена, но която може да бъде взета предвид. Случайните грешки са грешки, които не могат да бъдат предотвратени. Обикновено те се вземат предвид при множество измервания и се подчиняват на статистически закони. Пропуските и грубите грешки са прекалено големи грешки, които ясно изкривяват резултата от измерването. При лабораторния метод на измерване се извършват няколко измервания на количеството и се изчислява средноаритметичното на получените стойности, за разлика от техническия метод, при който се допуска еднократно измерване на изследваното количество. Източници на грешки могат да бъдат: измервателни уреди (инструментална грешка), наблюдател (грешки при четене), среда (грешка в околната среда), техника на измерване и техника за обработка на резултатите (грешка при математическа обработка). Общата грешка ∆X за директни измервания се определя след намиране на случайната грешка и оценка на систематичната грешка. В най-простите случаи ∆X (абсолютна грешка) се определя от грешката на измервателните уреди. Например, за манометър абсолютната грешка се приема равна на половината от цената на най-малкото деление. Цената на разделението се определя от съотношението на разликата между най-близките цифрови стойности на скалата на инструмента към броя на разделенията между тях. За да оцените точността на индиректните измервания, първо определете относителната грешка ε = ∆X/Xср., където Khsr. - средноаритметичната стойност на стойностите на количеството, тогава записването на резултатите от измерването ще бъде както следва: X = Xav. ± ∆Х, и ∆X се определя чрез относителната грешка ε, която се намира по правилото за диференциране. Таблица 1 (вижте Приложението) предоставя формули за изчисляване на относителната грешка на стойностите за най-често срещаните функционални зависимости. Ето някои случаи на изчисляване на относителната грешка на косвените измервания на Y: Нека функцията е дадена с израза Y = A + B и абсолютните грешки на измерване ∆A, ∆B, тогава Y +∆Y = (A ± ∆A) + (B ± ∆B), следователно, ∆Y = ∆A +∆B, тогава относителната грешка ще се определи, както следва ∆Y/Y = ∆Y/(A+B) = (∆A + ∆B)/(A + B); Ако Y = A * B, тогава ∆Y/Y = ∆A/A + ∆B/B или ε Y = ε A + ε B . Ако формулите за изчисление включват константи, например числото π \u003d 3, 14 някои физически константи, например g \u003d 9,83 m / s 2, таблични данни, тогава те се вземат с такава точност, че броят на значещите цифри след десетичната запетая те бяха с една повече от броя на значещите цифри в стойностите на измерените величини. Пример за изчисляване на относителната грешка при измерване на абсолютното налягане. Изходна формула: Р = Р 0 + ρgh, така че функционалната зависимост е подобна на Y = A + B, т.е. ∆P/P = (∆P 0 +∆(ρgh))/ (P 0 + ρgh), където ∆(pgh) се изчислява по примера на втората функционална зависимост ∆(ρgh)/ρgh = ∆p/p + ∆g/g + ∆h/h, откъдето ∆(ρgh) = (εp + εh)*ρgh. Правила за изчисляване на грешките и представяне на експериментални данни. Тъй като точността на определената физическа величина се определя чрез измерване, а не чрез изчисление, числената стойност на резултата от измерването се закръгля до цифра от същия ред като стойността на грешката. Допълнителните цифри за цели числа се заменят с нули, а десетичните дроби се изхвърлят. Пример: (103221 ± 245) Pa - преди закръгляване; (103220 ± 250) Pa - след закръгляване при изчисляване на налягането на течността. Ако заместените с нула или изхвърлените цифри са по-малко от 5, тогава останалите цифри не се променят. И ако тази цифра е по-голяма от 5. Тогава следващите оставащи цифри се увеличават с единица. Пример: (846,45 ± 0,13) kg / m 3 - преди закръгляване; (846,5 ± 0,1) kg / m 3 - след закръгляване при изчисляване на плътността на неизвестна течност. Ако цифрата, която се заменя с нула или се изхвърля, е равна на 5 (с последващи нули), тогава закръгляването се извършва, както следва: последната цифра в закръгленото число остава непроменена. Ако е четен, и се увеличава с единица, ако е нечетен. Пример: (184, 256 ± 0,127) H - преди закръгляване; (184,26 ± 0,13)N или (184,3 ± 0,1) - след закръгляване при изчисляване на силата на налягане на флуида върху плоски хоризонтални и вертикални стени. При представяне на крайния резултат от измерванията е удобно да се използва запис на цифрова стойност под формата на десетична дроб, умножена по необходимата степен 10. Например, когато записвате стойността на атмосферното налягане: 101 239 Pa \u003d 101,239 * 10 3 Pa = 101,24 kPa. В повечето случаи на експериментално изследване на хидравлични явления е препоръчително получените зависимости да се представят под формата на графика. Сравнявайки теоретичната крива с експерименталната, се определя дали резултатите от експеримента съответстват на очакваната стойност. В някои случаи се предлага да се насложи експерименталната част от графиката върху теоретичната крива. В този случай поведението на участъка от кривата трябва да се вземе предвид точно в границите на измерената стойност, която се показва на теоретичната крива. За удобство избраният мащаб при конструиране на експерименталната зависимост трябва да съвпада с мащаба на теоретичната зависимост. Например, при наслагване на графика на зависимостта на хидравличното съпротивление от числото Re върху графиката на Мурин, експерименталната част е само една десета от теоретичната крива (и има много от тях на графиката на Мурин). Следователно правилното съвпадение на експерименталния участък с една от тези криви ще позволи в продължението на тази крива да се определи еквивалентната относителна грапавост на вътрешната повърхност на тръбата. Експерименталните точки върху милиметрова хартия са представени под формата на кръстове и кривата е начертана не за всички точки, а в границите на грешките, така че над и под тази крива броят на точките според общото им разстояние от експерименталната линия е приблизително същото. Общата форма на експерименталната крива трябва да бъде подобна на формата на теоретичната зависимост или на формата на съответната част от теоретичната крива. Лаборатория №1 ПРОУЧВАНЕ НА ЛАБОРАТОРЕН СТЕНД "ХИДРОСТАТИКА GS" Обективен:да проучи устройството и принципа на действие на лабораторния стенд „Хидростатика“; запишете формулата за определяне на абсолютното налягане, запишете формулата за определяне на свръхналягане с помощта на батерия от пиезометри; познава плътността на течностите в пиезометри; определя стойността на делението на пиезометри и манометри; изразяват значението си в системата SI. Кратка теория. Стойката се състои от работна маса 1 (фиг. 1), закрепен върху нея резервоар 2 и щит 3 със стенд за налягане и вакуум на батерията P3. До масата е закрепен щит от стенни пиезометри 4. Резервоарът е напълнен на ¾ с работна течност. С помощта на компресор 5 и прахосмукачка 6, разположени на долния рафт на масата, може да се създаде излишно или вакуумно налягане под капака на резервоара. Необходимият режим се осигурява от блока за управление 7 и клапаните B1 и B2. Налягането на въздуха в резервоара се записва от механични устройства - манометър MN1 и вакуум манометър VN. На предната и страничните стени на резервоара има фланци, към които чрез силфони 8 са закрепени две изпитвани плоски стени 9 - вертикална и хоризонтална. На фланците са фиксирани линийки с мащаби, които служат за определяне на преместването на стените. Краката на манометъра за налягане и вакуум на батерията P3 са пълни с течност (в общия случай течностите могат да бъдат различни). Левият край на манометъра на батерията е пълен с въздух и свързан към горната част на резервоара, а десният край е отворен към атмосферата (фиг. 2). На стенния панел на пиезометрите 4 има пиезометър Р1, свързан към частта от резервоара, напълнена с работна течност, и U-образен манометър P2 за налягане и вакуум, напълнен с изследваната течност с неизвестна плътност. Единият край на вакуум манометъра P2 е свързан към горната (въздушна) част на резервоара, а другият край е свързан към механично устройство - манометър MN2. Вентилите V5 и V3 се използват за блокиране на манометъра P2 за налягане и вакуум, когато се провеждат експерименти с налягане или вакуум, надвишаващи границите на измерване на това течно устройство. Клапани B8 и фитинг 10 се използват за пълнене на резервоара с работна течност и изпразване. Ориз. 1. Лабораторен стенд "Хидростатика GS". Лабораторният стенд "GS" е предназначен за извършване на лабораторна работа № 2.3.4 за определяне на хидростатичното налягане, плътността на неизвестна течност и силата на натиск на течността върху плоски вертикални и хоризонтални стени. Тестови въпроси. За какво е предназначен лабораторният стенд "Хидростатика GS"? На какъв принцип се основава стойката? Избройте основните елементи на лабораторния стенд. Какви измервателни уреди за налягане се използват в стенда? Каква е стойността на делението на скалата на батерия от пиезометри? Каква е стойността на делението на скалата на стенните пиезометри?
Ориз. 2. Хидравлична схема на стенд "Хидростатика GS". Каква е стойността на разделението на механичните манометри? Изразете тази стойност в системата SI. Каква течност се налива в батерията на пиезометрите? Посочете неговата плътност. Какви течности се наливат в стенни пиезометри? Посочете каква е плътността на течността в пиезометър P1. С каква течност и до какво ниво е напълнен резервоарът? Защо? Как се определя свръхналягането и комбинираното налягане и вакуумното налягане в резервоара от батерия от настолни пиезометри? Напишете формула. Посочете два основни режима на работа на стойката. Какви устройства се използват за създаване на тези режими и къде се намират? Какви методи за определяне на хидростатичното налягане са най-точни. Лаборатория №2 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ХИДРОСТАТИЧНО НАЛЯГАНЕ. Обективен - студентите овладяват методите за измерване на хидростатично, манометрично и вакуумно налягане в два режима. При подготовката за работа, в процеса на изпълнение на работата и при обработката на резултатите от експериментите ученикът трябва: Запознайте се с различни уреди за измерване на налягането; Определяне на хидростатичното налягане по три начина в два режима; Определете налягането под капачката на резервоара според показанията на пиезометъра и манометъра за налягане и вакуум на батерията и ги сравнете с показанията на механично устройство в два режима; Определете абсолютната грешка при измерване на хидростатичното налягане по трите метода за всички режими. n1.docФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ Бийски технологичен институт (клон) държавно учебно заведение висше професионално образование „Алтайски държавен технически университет тях. И.И. Ползунов" ИИ Росляков, Л.В. Ломоносов ЛАБОРАТОРНА РАБОТА за хидравлика, хидравлични машини и хидравлични задвижвания курсове "Хидравлика", "Хидравлика и хидравлични машини", "Основи на хидравликата и хидравличното задвижване" за студенти от специалности: TM-151001, VUAS - 170104, AT - 190603, APCP - 240706, MAPP-260601, TGV - 270109 Издателство на Алтайския държавен технически университеттях. И.И. Ползунова Рецензент: Ръководител на отдел MAHIPP BTI AltSTU Професор Куничан В.А. Работата е изготвена в катедра "Топло- и газоснабдяване и вентилация, процеси и апарати на химичната технология" Росляков, А.И. Лабораторен практикум по хидравлика, хидравлични машини и хидравл roprivodam: указания за лабораторна работа по курсовете "Хидравлика", "Хидравлика и хидравлични машини", "Основи на хидравликата и хидравличното задвижване" за студенти от специалности: TM -151001, VUAS - 170104, AT - 190603, APCP - 240706, MAPP -260601, TGV - 270109 / A.I. Росляков, Л.В. Ломоносов. – Алт. състояние техн. ун-т, ОТИ. - Бийск: Алт. състояние техн. ун-та, 2009. - 137 с. © А.И. Росляков, Л.В. Ломоносов, 2009 г © BTI AltSTU, 2009 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА СИЛАТА НА ХИДРОСТАТИЧНОТО НАЛЯГАНЕ 6 1.1 Цел на работата: 6 1.3 Предистория 6 1.5 Описание на инсталацията 9 1.7 Обработка на експериментални данни 12 1.8 Въпроси за сигурност 12 2.1 Цел на работата: 15 2.3 Предистория 15 2.3.1 Режими на движение на реална течност 15 2.7 Обработка на експериментални данни 21 6.2 Лабораторна подготовка: 56 ВЪВЕДЕНИЕ Целта на семинара е да се консолидират теоретичните материали в курса на хидравликата, да се придобият умения за работа с инструменти и друго изследователско оборудване. ЛАБОРАТОРНА РАБОТА №1. ОПРЕДЕЛЯНЕ НА СИЛАТА НА ХИДРОСТАТИЧНОТО НАЛЯГАНЕ(4 ЧАСА)1.1 Цел на работата:- да определя емпирично силата на хидростатичното налягане и неговия център на налягане; – изграждат диаграма на хидростатичното налягане. - да научат дефинициите на основните понятия и термини от темата Основни термини и понятия: - абсолютен мир; - вакуум; – хидростатика; - налягане; е идеална течност; - свръхналягане; - масови сили; – плътност; са повърхностни сили; – равна повърхност; - баланс; – свободна повърхност; - център на натиск. 1.3 Теоретична информацияВсички външни и вътрешни сили, действащи върху течността, се разпределят непрекъснато или върху нейния обем (масови сили), или на повърхността ( повърхностен). В резултат на действието на външни сили възниква нормално напрежение вътре в течност в покой, равно на границата, към която клони съотношението на силата към площта (Фигура 1.1), върху която тя действа, когато размерът на площта клони към нула, т.е. при договаряне на обекта до точка хидростатично наляганенаречени нормални напрежения, възникващи в течност под действието на външни сили . Характеризира се с две свойства: – - стойността на налягането в дадена точка е еднаква във всички посоки, т.е. не зависи от ъгъла на наклона на платформата, върху която действа. Стойността на хидростатичното налягане (виж фигура 1.1) зависи от дълбочината на потапяне ( ч) на разглежданата точка в обема на течността, специфичното тегло на течността и налягането в обема над свободната повърхност и се изчислява съгласно основното уравнение на хидростатиката:
където - специфично тегло на течността, равно на произведението на плътността и ускорението на свободното падане, N/m 3 . Ж Фигура 1.2 - Диаграма хидростатично налягане Получените точки са свързани с права линия. В резултат на това се получава диаграма на излишното хидростатично налягане върху плоска вертикална стена под формата на триъгълник. Графиката на абсолютното налягане се изгражда по подобен начин. На практика обаче по-важни са силите, произтичащи от действието на течността върху различни стени. Например силата на хидростатичното налягане ( Е) на течност върху плоска стена, потопена в течност (виж Фигура 1.1), е равна на произведението от повърхността Свърху стойността на хидростатичното налягане Р сна дълбочина ч ° С потапяне на центъра на тежестта на разглежданата повърхност: По този начин получената сила се състои от два компонента: – сила
– сила Е ° Стегловно налягане при дълбочината на потапяне на центъра на тежестта
наляганеР 0 , приложен върху свободната повърхност, се предава до всички точки на течността по целия обем във всички посоки, без да променя стойността(закон на Паскал), тоест еднакъв във всяка точка от разглеждания обем течност. Следователно компонентът
където аз с- инерционният момент на обекта S спрямо оста, минаваща през неговия център на тежестта, m 4; ч се дълбочината на потапяне на центъра на тежестта на обекта, m; Се площта на разглеждания обект, m2. Точка на приложение на резултантната сила Ехидростатичното налягане е между точките ди ° С. - инсталация за експеримента; Не намерихте отговор на въпроса си? Вижте тук
|
, (1.1)
=
стр а. Втората точка е на дъното, където налягането 
налягане в обема над свободната повърхност:
;
.
приложен в центъра на тежестта (точка ОТ) на разглеждания обект. Напротив, тегловното налягане (вижте формула (1.1) и фигура 1.1) е право пропорционално на дълбочината на потапяне. Следователно точката на приложение на компонента Е ° С(точка д) ще бъде разположен в центъра на диаграмата на свръхналягането (триъгълник), разположен под центъра на тежестта на обекта. Количество на преместване на точки дспрямо центъра на тежестта се определя по формулата
, (1.3)
Сюжетът на чичо ваня. „Чичо Иван. Отношение към професора на др
Малкият Цахес, по прякор Цинобър
Майков, Аполон Николаевич - кратка биография