Гидростатическое давление и его свойства. Измерение давления

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с приборами для измерения давления (пьезометрами, манометрами, вакуумметрами, дифференциальными манометрами).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цели работы:

1. Визуальное изучение ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости на напорном трубопроводе.

2. Определение чисел Рейнольдса при ламинарном и турбулентном движениях.

Порядок выполнения работы

1. Замеряют температуру воды в баке и по табл. 1 определяют значение коэффициента вязкости .

2. Частично открывают клапан 1 (рис. 8) и создают наименьшую скорость движения в стеклянной трубке 2.

3. Открывают кран 3 на подводящей трубке 5 и подают струйку подкрашенной жидкости из бачка 6 в стеклянную трубу.

4. При помощи двух пьезометров, установленных на расходомерной шайбе 4, и тарировочного графика определяют расход жидкости Q.

5. С помощью клапана 1 создают новый режим движения жидкости в стеклянной трубе. Опыты повторяют 3 - 4 раза.

6. При некотором новом режиме движения подкрашенная струйка начинает колебаться, приобретая волнистый характер с местными разрывами. При этом происходит смена режима движения.

7. Дальнейшее увеличение скорости открытия клапана 1 приводит к развитому турбулентному режиму. При этом режиме опыты повторяют 3 – 4 раза.

8. Определяют числа Re при каждом режиме и записывают в табл. 2 режимы движения жидкости.

Рис. 8 Схема установки

Таблица 2 – Результаты замеров

Dh, см	Q, см^3/с	u, см/с	t, ºC	n, см^2/с	Re	Режим движения

Контрольные вопросы

1. Что называется ламинарным режимом движения жидкости?

2. Что называется турбулентным режимом движения жидкости?

3. Что такое вязкость? Укажите размерности коэффициентов вязкости и их соотношение.

4. Каков физический смысл критерия Рейнольдса?

5. Чему равно число Рейнольдса для круглых труб?

6. Что такое характерный линейный размер?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Цели работы:

1. На напорном трубопроводе переменного сечения проследить по приборам переход энергии в потоке из одного вида в другой.

2. Построить по опытным данным пьезометрическую и напорную линии.

Порядок выполнения работы

1. Проверяют показания пьезометров. Если пьезометры показывают разные уровни, это означает, что в них имеется воздух. В этом случае необходимо несколько раз сдавить пальцами резиновые трубки, чтобы удалить воздух.

2. Открывают клапан 2 и создают движение воды в исследуемом трубопроводе (рис. 10).

Рис. 10 Схема установки

3. Снимают показания пьезометров, установленных в сечениях S₁, S₂, S₃. Результаты заносят в табл. 3.

 

Таблица 3 – Результаты замеров

Сечения	Площадь сечения S, см	Режим I	Режим II
Q 1 =	Q 2 =
, см	v ср,   см/с	, см	Sh1-п,   см	H,   см	, см	v ср,   см/с	, см	Sh1-п,   см	H,   см

4. Определяют разность D h показаний пьезометров расходомерной шайбы 1 и по тарировочному графику находят величину расхода воды Q.

5. При помощи клапана 2 изменяют режим движения и повторяют операции по пп. 2 – 4.

Обработка результатов

1. Пьезометры, установленные в трех сечениях, показывают высоту

2. Средняя скорость в каждом сечении определяется из уравнения расхода

3. Скоростной напор в сечениях находят по формуле

где a = 1,1.

4. Определяют суммарную потерю напора между первым и последующим сечениями:

5. Для двух расходов строят пьезометрические линии (по значениям ) и линии полного напора (по значениям суммы ).

Правильность построения пьезометрических и напорных линий можно проверить, вычислив значение первоначального напора, которое должно быть одинаковым для трех сечений:

Контрольные вопросы

1. В чем геометрический смысл уравнения Бернулли?

2. В чем энергетический смысл уравнения Бернулли?

3. Какую размерность имеют все слагаемые уравнения Бернулли?

4. Чем отличается уравнение Бернулли для реальной жидкости от уравнения Бернулли для идеальной жидкости?

5. Чем отличается уравнение Бернулли для потока жидкости от уравнения Бернулли для элементарной струйки?

6. Из чего складываются потери напора? От чего они зависят?

7. К каким выражениям приводится уравнение Бернулли в случае:
а) неподвижной жидкости; б) равномерного движения без местных сопротивлений?

8. Приведите примеры практического применения уравнения Бернулли?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ТАРИРОВКА РАСХОДОМЕРА

Цели работы:

1. Определение среднего арифметического значения постоянной расходомера С с помощью трубопровода.

2. Определение среднего значения коэффициента расхода m.

3. Построение графика зависимости Q = f (h).

4. Построение графика зависимости m = f (Re), определение нижней границы квадратичной зоны, в пределах которой m = const.

Порядок выполнения работы

1. Проверяют отсутствие воздуха в пьезометрах.

2. Клапаном 2 (рис. 10) устанавливают режим движения воды.

3. Определяют фактический расход Q _ф объемным способом. Для этого измеряют длину L и ширину B бака, засекают время и по водомерной трубке отмечают высоту H, на которую опустится уровень воды в баке.

4. Снимают показания пьезометров в сечениях S ₁ и S ₂, перепад потенциальных напоров h и заносят показания в табл. 4.

5. Опыт повторяют при других расходах, регулируя Q клапаном 2.

Таблица 4 – Результаты замеров

Показатели	Единица измерения	Опыты
Площадь широкой части S 1
Площадь узкой части S 2
Постоянная расходомера С
Фактический расход Q ф
Перепад уровней h
Коэффициент расхода m
Средняя скорость v ср
Число Рейнольдса Re

Обработка результатов

1. Определяют площади поперечных сечений трубы Вентури

g w:fareast="RU"/></w:rPr><m:t>2</m:t></m:r></m:sup></m:sSup></m:num><m:den><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:lang w:fareast="RU"/></w:rPr><m:t>4</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

2. Вычисляют фактический расход

где L, B – соответственно длина и ширина бака, см; H – высота, на которую опустился уровень воды в баке, см; t - время опыта, с.

3. Определив постоянную расходомера С двумя способами:

а) по формуле

 

б) через фактический расход для проведенных опытов

находят среднее арифметическое значение C _0ср.

4. Вычисляют коэффициент расхода

и его среднее арифметическое значение m _ср.

5. Определяют среднюю скорость потока

6. Находят значение числа Re для каждого опыта:

7. Строят графики зависимостей Q = f (h) и m = f (Re) и делают выводы по результатам опытов.

Контрольные вопросы

1. Какие способы измерения расхода жидкости известны?

2. Объясните принцип действия расходомера Вентури.

3. Что такое постоянная расходомерного устройства и зависит ли она от рода жидкости.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

Порядок выполнения работы

1. Проверяют отсутствие воздуха в пьезометрах.

2. Измеряют температуру воды в напорном баке.

3. Открывают клапаны 1 и 2 (рис. 13) и устанавливают не менее пяти режимов движения воды.

4. При каждом установившемся режиме снимают показания пьезометров 3 и 5, установленных в начале и в конце трубопровода. Данные заносят в табл. 6.

5. По показаниям пьезометра 4 на расходомерной шайбе 6 с помощью тарировочного графика определяют расход Q.

Рис. 13 Схема установки

Таблица 6 – Результаты замеров

Показатели	Единица измерения	Режим
Площадь сечения, S
Расход по расходомеру, Q
Средняя скорость, v
Коэффициент кинематической вязкости, n
Число Рейнольдса, Re
Потеря напора на участке, h
Коэффициент эквивалентной шероховатости, k э
Опытное значение коэффициента Дарси, l 0
Расчетное значение коэффициента Дарси, l

Обработка результатов

1. Среднюю скорость движения в трубопроводе определяют из уравнения неразрывности

2. При данной температуре воды с помощью табл. 1 находят коэффициент кинематической вязкости и определяют число Рейнольдса:

3. По значению Re делают заключение о характере режима движения воды в трубопроводе и области (зоне) гидравлического сопротивления. По формуле, соответствующей данному режиму движения, вычисляют l.

Абсолютную шероховатость для трубы принимают k _э = 0,5 мм.

4. Определяют опытное значение коэффициента сопротивления по формуле Дарси-Вейсбаха:

Полученное опытное значение l сравнивают с расчетным и делают выводы.

5. Строят график l = f(Re) в логарифмических координатах.

Контрольные вопросы

1. По какой формуле определяются потери напора по длине трубопровода?

2. Что такое шероховатость? Как делятся трубы в зависимости от шероховатости?

3. В чем состоят результаты опытов Никурадзе по изучению потерь в трубах?

4. Какие зоны зависимости l от числа Рейнольдса и шероховатости вы знаете?

5. Как определяется коэффициент l для различных зон (при ламинарном и турбулентном движении)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

Порядок выполнения работы

1. Проверяют отсутствие воздуха в системе.

2. Измеряют температуру воды в напорном баке.

3. Открывают клапаны 1 и 2 и устанавливают режим движения воды (рис. 14).

Рис. 14 Схема установки

4. Снимают разность показаний пьезометров 3, установленных на расходомерной шайбе, и с помощью тарировочного графика находят значение расхода Q. Данные заносят в таблицу 7.

5. Для каждого из пяти установившихся режимов движения снимают разность показаний пьезометров 4 до и после местного сопротивления.

 

 

Таблица 7 - Результаты замеров

Показатели	Единица измерения	Опыт
Площадь сечения трубы, S
Расход по расходомеру, Q
Средняя скорость, v ср
Скоростной напор,
Число Рейнольдса, Re
Местные потери,
Коэффициент потерь из опыта, x0
Коэффициент потерь по справочнику, x

Обработка результатов

1. Средняя скорость потока жидкости определяется из уравнения

2. Число Рейнольдса находят по формуле

где - коэффициент вязкости, определяемый по табл. 1.

3. Потеря напора в местном сопротивлении определяется как разность показаний пьезометров до и после местного сопротивления:

h_m = h ₁ – h ₂

4. Коэффициент местного сопротивления находят из формулы Вейсбаха:

Полученные значения коэффициента следует сравнить со справочным значением (табл. 8).

 

Таблица 8 – Значения коэффициента местного сопротивления

Местное сопротивление	Коэффициент местного сопротивления
Задвижка	0.5
Вентиль с косым шпинделем	0.5
Вентиль с вертикальным шпинделем	6.0
Обратный клапан нормальный	7.0
Обратный клапан «захлопка»	3.0
Кран проходной
Компенсатор однолинзовый без рубашки	1.6 - 0.5
Компенсатор однолинзовый с рубашкой	0.1
Компенсатор сальниковый	0.3
Компенсатор П-образный	2.8
Отводы, гнутые под углом 90°	-
со складками R=3d	0.8
со складками R=4d	0.5
гладкие R=1d	1.0
гладкие R=3d	0.5
гладкие R=4d	0.3
Отводы сварные одношовные под	-
углом 30°	0.2
углом 45°	0.3
углом 60°	0.7
Отводы сварные двухшовные	-
под углом 90°	0.6
то же, трехшовные	0.5
Тройник при слиянии потока:	-
проход	1.2
ответвление	1.8
Тройник при разветвлении потока:	-
проход	1.0
ответвление	1.5
Тройник при встречном потоке	3.0
Внезапное расширение	1.0
Внезапное сужение	0.5
Грязевик

Контрольные вопросы

1. Укажите виды местных сопротивлений и дайте краткую оценку потерь напора для этих видов.

2. Как определить местные потери напора в трубопроводе?

3. Когда можно не учитывать местные потери напора?

4. В чем заключается сущность теоремы Борда?

5. Назовите местное сопротивление, при котором теряется весь скоростной напор и = 1.

6. Укажите пути уменьшения гидравлических потерь трубопроводов.

7. Почему при вычислении местных потерь по формуле Вейсбаха можно использовать значение скорости потока до и после местного сопротивления?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

Порядок выполнения работы

1. В боковой стенке напорного бака 1 (рис. 16) устанавливают шайбу или насадок 12, закрывают отверстие пробкой.

2. Открывают клапан 9 и полностью наполняют бак 1 до уровня H (постоянный уровень удерживается поплавковым устройством в баке).

3. Открывают отверстие и производят замеры координат x и y точек струи координатником 13.

4. Производят замер расхода жидкости мерными емкостями (0,5 л и 1,0 л) за время t.

5. То же выполняют для внешнего цилиндрического насадка. Результаты замеров заносят в таблицу 9.

Таблица 9 – Результаты замеров

Показатели	Единица измерения	Отверстие круглое	Насадок внешний цилиндрический
Опыт
Площадь отверстия, S 0
Напор, H
Координаты: x
y
Объем воды в мерной емкости, V		0,5	1,0	0,5	1,0
Время истечения, t
Расход, Q
Коэффициент расхода, m
Коэффициент скорости, j
Коэффициент сопротивления, x

Рис. 16 Схема установки

Обработка результатов

1. Вычисляют расход жидкости

2. Определяют коэффициент расхода

где S ₀ – площадь отверстия.

 

3. Находят коэффициент скорости

4. Рассчитывают коэффициент сопротивления

Контрольные вопросы

1. Какие явления, происходящие при истечении жидкости через отверстие в тонкой стенке, приводят к сужению струи жидкости?

2. Что называется коэффициентом скорости истечения? Какие параметры влияют на величину этого коэффициента?

3. Что называется неполным и несовершенным сжатием? Как изменяется коэффициент расхода через отверстие при неполном и несовершенном сжатии?

4. Что называется насадком? Как классифицируются насадки?

5. Почему при истечении через насадок не происходит сужения струи? Как это отражается на величине расхода жидкости через насадок?

6. При какой форме насадка струя сохраняет наибольшую кинетическую энергию?

7. Какая форма насадка обеспечивает наибольший расход при заданной величине отверстия в стенке сосуда?

8. Как изменяется скорость и расход жидкости при замене отверстия в тонкой стенке внешним цилиндрическим насадком?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агеев, В.И. Контрольно-измерительные приборы судовых энергетических установок (устройство, эксплуатация, эффективность): справочник / В.И. Агеев. – Л.: Судостроение, 1985. – 416 с., ил.

2. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для студ. втузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 2008. – 422 с.

3. Чугаев, Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов / Р.Р. Чугаев. – 4-е изд., доп. и перераб. – Л.: Энергоиздат, 2008. – 672 с.

4. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов / Д.В. Штеренлихт. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 640 с.

5. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Большакова. – Киев: Высшая школа, 2005. – 280 с.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с приборами для измерения давления (пьезометрами, манометрами, вакуумметрами, дифференциальными манометрами).