Диаграмма уравнения Бернулли.

 

1. Основное содержание.

 

Работа заключается в экспериментальном построении энергетических графиков (пьезометрической и энергетической линий) одномерного потока жидкости. Такие графики, построенные по экспериментальным данным, полученным на трубе типа Вентури (сужение-расширение) наглядно иллюстрируют перераспределение в потоке потенциальной или кинетической энергий, а также потери напора (полной удельной энергии).

 

2. Порядок выполнения измерений.

Работа проводится на модуле М3 (рис.5).

 

Для выполнения работы необходимо:

- включить насос Н1 на панели управления.

- установить необходимый расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В5.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках убедиться, что достигнут установившийся режим течения и произвести измерения:

- расхода воды по ротаметрам;

- показаний пьезометров.

Всего желательно опыты провести для 3-х – 4-х расходов.

 

3. Обработка опытных данных.

 

По результатам измерений следует вычислить скорость в каждом i -том сечении трубы Вентури:

 

, а затем скоростной напор

 

На чертеж нанести:

- профиль трубы Вентури в масштабе;

- пьезометрические напоры для каждого i-того сечения:

, откладывая их от оси трубы; вычертить пьезометрическую линию;

- скоростные напоры, суммируя их с ординатами пьезометрической линии в соответствующих сечениях; провести линию энергии;

- провести напорную плоскость (горизонтальную прямую) на уровне ординаты линии энергии первого пьезометра и обозначить потери напора (энергии) между этим сечением и любым, расположенным ниже по течению.

В заключение отчета о работе студента рекомендуется дать объяснения получившейся конфигурации энергетических графиков.

 

 

Модуль М3 «Диаграмма Бернулли»

 

Рисунок 5

 

РАБОТА №7.

РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ.

 

1. Основное содержание работы.

 

Работа имеет целью экспериментальную иллюстрацию существования двух режимов течения жидкости: ламинарного и турбулентного.

Переход от первого ко второму, как известно, происходит при значениях числа Рейнольдса больших, чем критическое: R_{e кр}. Следует подчеркнуть некоторую неопределенность этого понятия. Действительно, критическое число Рейнольдса (иногда его называют «нижним критическим») определяет границу устойчивого ламинарного течения, т.е. при R_e < R_{e кр} для данных условий гарантировано устанавливается устойчивый ламинарный режим. При R_e > R_{e кр} ламинарное течение может существовать при отсутствии внешних возмущений, но является неустойчивым, т.е. спонтанно переходит в турбулентный режим даже при малых внешних возмущениях. Кроме того, существует переходный диапазон чисел Рейнольдса, больших критического, но близких к нему, в пределах которого течение является нестационарным, возникает перемежаемость, т.е. самопроизвольный переход от ламинарного режима к турбулентному и наоборот.

Основное содержание работы состоит в установлении ламинарных и турбулентных режимов в трубе, визуальном наблюдении структуры течения, что оказывается возможным благодаря подкрашиванию струек, и в определении числа Рейнольдса для каждого режима.

 

2. Порядок измерений.

 

Работа проводится на модуле М4 (рис. 6).

 

Рекомендуемый порядок эксперимента следующий.

 

Включить помпу Н2 на панели управления. Установив по возможности малый расход в трубе и выдержав время, достаточное для достижения установившегося режима, медленным открытием вентиля начинают подачу краски, наблюдая за подкрашенной струйкой. Наилучший результат достигается, если скорость выхода краски примерно равна скорости потока в трубе. Меняя открытие вентиля В7 нетрудно добиться наличия в трубе устойчивой окрашенной струйки, которая не смешивается с основным потоком. Затем изменяется расход, после чего он увеличивается путем дополнительного открытия вентиля В6 и после достижения установившегося режима опыт повторяется. Таких опытов производится несколько (5-6) вплоть до достижения устойчивого турбулентного режима, при котором подаваемая струйка краски равномерно размывается по толще потока и становится невидимой. Расход воды в трубе измеряется весовым методом с помощью мерной кружки.

По результатам наблюдений следует определить критические значения чисел Рейнольдса.

Результаты измерений и наблюдений можно свести в таблицу примерно следующей формы.

 

№ режима	Расход Q	Средняя скорость O	Число Рейнольдса	Визуальная структура потока

 

 

Модуль М4 «Режимы течения»

 

Рисунок 6

 

 

Приложение 1

Вопросы для самопроверки

 

1. Дайте определение гидростатического давления.

2. Дайте определение абсолютного значения гидростатического давления.

3. Что называется избыточным (манометрическим) давлением, как оно выражается через абсолютное?

4. Что называется вакуумметрическим давлением; как оно выражается через абсолютное и избыточное давления?

5. Перечислите наиболее распространенные единицы измерения давления и укажите какая связь существует между ними.

6. Какие принципы действия приборов для измерения давления вам известны?

7. В чем заключается принцип действия жидкостных приборов? Их достоинства и недостатки.

8. Запишите основную формулу гидростатики и дайте объяснение ее составляющим.

9. Сформулируйте закон Паскаля.

10. Определите понятия: приведенная высота, пьезометрическая высота, вакуумметрическая высота. Поясните рисунком.

11. Что называется пьезометрической плоскостью?

12. Объясните, как влияет плотность жидкости на распределение давления по высоте ее объема в поле сил тяжести.

13. Перечислите параметры, от которых зависит величина силы гидростатического давления на плоскую поверхность.

14. Что называется центром давления? Где он располагается относительно центра тяжести поверхности?

15. Объясните, как влияет измерение внешнего давления над свободной поверхностью жидкости на силу давления, которую эта жидкость оказывает на плоскую вертикальную крышку люка в стенке сосуда.

16. Для чего служит жидкостной дифференциальный U-образный манометр? Нарисуйте схему измерений с его помощью.

 

 

Приложение 2

ВОПРОСЫ

Для защиты лабораторных работ по дисциплине «Подземная гидромеханика»

 

Гидростатика.

1. Устройство лабораторной установки для определения:

- гидростатического давления;

- плотности неизвестной жидкости;

- силы гидростатического давления на плоские поверхности.

 

2. Дать определение и написать формулы для определения:

- гидростатического давления;

- плотности жидкости;

- силы гидростатического давления на плоские стенки.

 

3. Цель, порядок снятия показаний, порядок обработки результатов измерений и вывод по каждой работе.

 

Гидродинамика.

1. Устройство лабораторной установки для определения:

- потерь напора по длине в круглой трубе;

- потерь напора на внезапном расширении;

- снятия диаграммы уравнения Бернулли;

- определения режимов течения жидкости.

 

2. Дать определение и написать формулы:

- потерь напора по длине в круглой трубе;

- потерь напора на внезапном расширении;

- уравнения Бернулли;

- определения режимов течения жидкости.

 

3. Цель, порядок снятия показаний, порядок обработки результатов измерений и вывод по каждой работе.

 

 

Приложение 3

ВОПРОСЫ

Для подготовки к экзамену по учебной дисциплине «Подземная гидромеханика». Сервис НГК

 

1. Плотность и удельный вес жидкости. Приборы для определения плотности.

2. Вязкость жидкости. Приборы для измерения вязкости.

3. Силы, действующие в покоящейся жидкости. Понятие о давлении, свойства гидростатического давления.

4. Приборы для измерения давления.

5. Основное уравнение гидростатики.

6. Определение силы гидростатического давления жидкости на плоские поверхности.

7. Определение силы гидростатического давления жидкости на криволинейную поверхность.

8. Порядок построения эпюры гидростатического давления.

9. Определение силы гидростатического давления. Закон Архимеда. Условия плавания тел.

11. Поток жидкости. Живое сечение потока.

12. Смоченный периметр.

13. Гидравлический радиус.

14. Средняя скорость, расход жидкости.

15. Уравнение неразрывности потока.

16. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.

17. Геометрический смысл уравнения Бернулли.

18. Энергетический смысл уравнения Бернулли.

19. Уравнение Бернулли для реальной жидкости.

20. Порядок применения уравнения Бернулли для решения задач.

21. Измерение расходов и скоростей жидкости.

22. Режимы движения жидкости.

23. Понятие о шероховатости.

24. Определение коэффициента гидравлического сопротивления (график Никурадзе).

25. Определение потерь напора по длине трубопровода.

26. Местные сопротивления. Определение потерь напора на преодоление местных сопротивлений.

27. Эквивалентная длина местных сопротивлений.

28. Определение общих потерь напора движущейся жидкости.

29. Гидравлический уклон.

30. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре.

31. Дать определение и пояснить, что называется малым отверстием, тонкой или толстой стенкой.

32. Что называется коэффициентом сжатия при истечении жидкости из отверстия в тонкой стенке (написать формулу).

33. Определение скорости жидкости при истечении через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре.

34. Определение расхода при истечении жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре.

35. Что называется насадком, типы насадков, применение насадков.

36. Назначение и классификация трубопроводов. Соединение трубопроводов.

37. Уравнение гидравлической характеристики трубопроводов.

38. Методика построения гидравлической характеристики простого трубопровода.

39. Принцип построения гидравлических характеристик сложных трубопроводов.

40. Физическая сущность гидравлического удара в трубах.

41. Уравнение гидравлического удара в цилиндрических трубах.

42. Возможные последствия гидравлического удара в трубопроводе. Меры борьбы с гидравлическим ударом в трубопроводе.

43. Фильтрационные свойства грунта.

44. Основной закон фильтрации.

45. Коэффициент проницаемости.

46. Коэффициент фильтрации и способы его определения.

47. Установившееся движение жидкости и газа в пористой среде.

48. Неустановившееся движение жидкости и газа в пористой среде.

49. Вероятный механизм движения нефти в пористой среде.

50. Вероятный механизм движения газа в пористой среде.

51. Вероятный механизм движения воды в пористой среде.