Hidraulikas laboratorijas darbs ar šķīdumu. Laboratorijas hidraulika. Darba kārtība

Laboratorijas darbi hidraulikā - sadaļa Izglītība, Krievijas Federācijas Lauksaimniecības ministrija...

Vides pārvaldības katedra,

celtniecība un hidraulika

OPD.F.03 Hidraulika

Opd.f.02.05 hidraulika

OPD.F.07.01 Hidraulika

OPD.F.08.03 HIDRAULIKA

OPD.F.07 Hidraulika un hidrauliskās mašīnas

OPD.R.03 LIETOTĀJĀ HIDROMEHĀNIKA

OPD.F.08 HIDROGĀZES DINAMIKA

Hidraulikas laboratorijas darbi

Vadlīnijas

Laboratorijas darbs Nr.1

BĀZES HIDRAULISKAS MĒRĪŠANA

ŠĶIDRUMA ĪPAŠĪBAS

Galvenā informācija

Laboratorijas praksē un ražošanas apstākļos tiek mērīti šādi parametri: līmenis, spiediens un šķidruma plūsma.

Līmeņa mērīšana. Vienkāršākā ierīce ir stikla caurule, kas apakšējā galā savienota ar atvērtu rezervuāru, kurā tiek noteikts līmenis. Caurulē un rezervuārā, tāpat kā savienojošajos traukos, šķidruma līmeņa stāvoklis būs vienāds.

Plaši tiek izmantoti pludiņa līmeņa mērītāji (degvielas tvertnēs, grupu dzeršanas traukos, dažādu procesu tvertnēs). Ierīces darba daļa - pludiņš - seko līdzi šķidruma līmeņa mērīšanai, un attiecīgi mainās skalas rādījumi. Pludiņa (primārā sensora) mehānisko kustību uz augšu un uz leju var pārveidot elektriskajā signālā, izmantojot reostatu vai induktors, un reģistrēt ar sekundāro ierīci. Šajā gadījumā ir iespējama rādījumu attālināta pārraide.

No ierīcēm, kuru pamatā ir netiešas metodes vēlamās vērtības noteikšanai, vislielāko interesi rada kapacitatīvā līmeņa mērītājs. Tas kā sensoru izmanto metāla elektrodu, kas pārklāts ar plānu plastmasas izolācijas slāni. Kad strāva ir pievienota, elektrodu-šķidruma-rezervuāra sistēma veido kondensatoru, kura kapacitāte ir atkarīga no šķidruma līmeņa. Kapacitatīvo sensoru trūkumi ietver būtisku rādījumu atkarību no elektrodu izolācijas stāvokļa.

Spiediena mērīšana . Atbilstoši to mērķim ir instrumenti atmosfēras spiediena mērīšanai (barometri), pārspiediena mērīšanai (manometri - p.g.>0 un vakuuma mērītāji - p.g.).<0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).

Pamatojoties uz darbības principu, ir šķidruma un atsperu ierīces.

Šķidrās ierīcēs izmērīto spiedienu līdzsvaro šķidruma kolonna, kuras augstums kalpo kā spiediena mērs. Pjezometru raksturo tā vienkāršā konstrukcija, kas ir vertikāla stikla caurule, kas apakšējā galā savienota ar vietu

spiediena mērījumi (1.1.a att.).

1.1. attēls Šķidrās ierīces:

a) pjezometrs;

b) U-veida caurule

Spiediena vērtību savienojuma punktā nosaka pēc šķidruma pieauguma augstuma h pjezometrā: p=rgh, kur r ir šķidruma blīvums.

Pjezometri ir ērti nelielu pārspiedienu mērīšanai - apmēram 0,1-0,2 at. Funkcionāli plašākas ir divu cauruļu U veida instrumentu (1.1.b att.), kas tiek izmantoti kā manometri, vakuuma mērītāji un diferenciālā spiediena mērītāji, iespējas. Ierīces stikla cauruli var piepildīt ar smagāku šķidrumu (piemēram, dzīvsudrabu). Šķidrie instrumenti ir ar salīdzinoši augstu precizitāti un tiek izmantoti tehniskiem mērījumiem, kā arī cita veida instrumentu kalibrēšanai un testēšanai.

Pavasara ierīcēs izmērīto spiedienu uztver elastīgs elements (cauruļveida atspere, membrāna, plēšas), kura deformācija kalpo kā spiediena mērs. Ierīces ar cauruļveida atsperēm ir plaši izplatītas. Šādā ierīcē ovāla profila caurules apakšējais atvērtais gals (1.2.a att.) ir stingri nostiprināts korpusā, un augšējais (slēgtais) gals ir brīvs telpā.

Vidēja spiediena ietekmē caurulei ir tendence iztaisnot (ja p>p at) vai, gluži otrādi, vēl vairāk saliekties (ja 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.

Attēls 1.2 Atsperu ierīces:

a) ar cauruļveida atsperi;

b) plēšas; c) membrāna

Saskaņā ar precizitātes klasi ierīces ar cauruļveida viena pagrieziena atsperēm iedala:

Tehniskie (kārtējiem mērījumiem - precizitātes klase 1,5; 2,5; 4,0);

Priekšzīmīgs (precīziem mērījumiem - precizitātes klase 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0);

Kontrole (tehnisko prioritāšu pārbaudei - precizitātes klase 0,5 un 1,0).

Precizitātes klase ir norādīta uz ierīces ciparnīcas; tas raksturo iekārtas maksimālo kļūdu procentos no maksimālās skalas vērtības normālos apstākļos (t=20°C, p=760 mmHg).

Plūsmas mērīšana. Vienkāršākā un precīzākā šķidruma plūsmas noteikšanas metode ir tilpuma mērīšana, izmantojot mērīšanas trauku. Mērījumu nosaka, lai reģistrētu laiku T, kad uzpildīts trauks ar zināmu tilpumu W. Tad plūsmas ātrums Q=W/T. Ražošanas apstākļos kā šķidruma daudzuma mērītāji W tiek izmantoti dažādi tilpuma un ātrgaitas skaitītāji (lāpstiņa un turbīna). Metode ļauj noteikt laika vidējās Q vērtības.

A) b) V)

2.5. attēls Šķidruma skaitītāji:

A− tilpuma ar ovāliem zobratiem; b− rotācijas;

V− ātrgaitas ar spārnotu pagrieziena galdu

Momentālo plūsmas ātrumu mērīšanai spiediena cauruļvados izmanto dažāda veida plūsmas mērītājus (1.4. att.). Ērts priekš

mērījumi plūsmas mērītāji ar ierobežošanas ierīcēm. Ierīces darbības princips ir balstīts uz statiskā spiediena starpības radīšanu plūsmā, izmantojot sašaurināšanas ierīci (piemēram, diafragmu) un mērīšanu ar diferenciālā spiediena mērītāju (1.4.b att.). Šķidruma plūsmu nosaka, izmantojot kalibrēšanas diagrammu Q = f(h) vai pēc formulas:

Q = mАÖ2gh, (2.2)

kur m ir ierobežošanas ierīces plūsmas koeficients;

h – diferenciālā spiediena mērītāja rādījums;

A – plūsmas mērītāja konstante;

kur D ir cauruļvada diametrs;

d – ierobežojošās ierīces atveres diametrs.

1.4. attēls Šķidruma plūsmas mērītāji:

a) pastāvīgs diferenciālais spiediens (rotometrs);

b) mainīgs spiediena kritums

(ar konstrikcijas ierīci - diafragmu);

c) indukcija

Darba mērķis

Iepazīties ar līmeņa, spiediena un šķidruma plūsmas mērīšanas instrumentu uzbūvi, darbības principu un darbību; apgūt plūsmas mērītāju kalibrēšanas tehniku.

Darba kārtība

Laboratorijas darbs Nr.2

Eksperimentāla vienādojuma izpēte

Bernulli

Galvenā informācija

Vienmērīgai, vienmērīgi mainīgai reāla šķidruma kustībai Bernulli vienādojumam ir šāda forma:

z 1+ , (2.1)

kur z 1, z 2 ir 1. un 2. iedaļas smaguma centru pozīciju augstumi;

р 1, р 2 – spiedieni sekcijās;

u 1, u 2 - vidējie plūsmas ātrumi posmos;

a 1 , a 2 - kinētiskās enerģijas koeficienti.

No enerģētikas viedokļa:

z – pozīcijas īpatnējā potenciālā enerģija (ģeometriskais spiediens);

Spiediena īpatnējā potenciālā enerģija (pjezometriskais spiediens);

Īpatnējā kinētiskā enerģija (ātruma spiediens).

Summa z++ = H izsaka šķidruma kopējo īpatnējo enerģiju (kopējo galvu).

No (2.1) vienādojuma izriet, ka reālam šķidrumam kustoties kopējais spiediens lejup pa straumi samazinās (H 2<Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Kopējā spiediena samazināšanās noteiktā veidā atspoguļojas uz tā sastāvdaļām - pjezometrisko un ātruma spiedienu. Spiediena izmaiņu raksturs konkrētā hidrauliskajā sistēmā ir praktiski interesants, un to var skaidri izpētīt eksperimentāli.

Darba mērķis

Eksperimentāli apstipriniet vienādojuma derīgumu

Bernulli: noteikt kopējā, pjezometriskā un ātruma spiediena izmaiņu raksturu šķidruma kustības laikā pētāmajā cauruļvadā.

Eksperimentālā tehnika

Laboratorijas darbus var veikt uz specializētas instalācijas un universāla stenda.

Pirmajā gadījumā pjezometriskais un kopējais spiediens tiek mērīts eksperimentālās sekcijas kontroles sadaļās vienmērīgas šķidruma kustības laikā; otrajā gadījumā mēra tikai pjezometriskos spiedienus, pēc tam aprēķinot kopējo spiedienu.

Balstoties uz eksperimentālajiem datiem, tiek izveidots spiediena grafiks un veikta Bernulli vienādojuma komponentu plūsmas izmaiņu analīze.

Izmēģinājuma rūpnīcas apraksts

Darba kārtība

Eksperimentālo datu apstrāde

Tiek sniegta spiediena grafika analīze. Sniegts secinājums par kopējā, pjezometriskā un ātruma spiediena izmaiņu raksturu pa plūsmu ar atbilstošiem paskaidrojumiem.

Kontroles jautājumi

1. Kāda ir Bernulli vienādojuma fiziskā nozīme?

2. Izskaidrojiet ģeometriskā, pjezometriskā un kopējā spiediena jēdzienus?

4. Ko parāda spiediena un pjezometriskās līnijas?

5. Kas nosaka kopējā, pjezometriskā un ātruma spiediena izmaiņu raksturu pa plūsmu?

6. Ar kādu kustīgā šķidruma enerģiju tiek pārvarētas hidrauliskās pretestības?

Laboratorijas darbs Nr.3

Šķidruma kustības režīmu izpēte

Galvenā informācija

Kad šķidrums pārvietojas cauruļvadā (kanālā), ir iespējami divi plūsmas režīmi: laminārais un turbulents.

Lamināro režīmu raksturo slāņveida, sakārtota kustība, kurā atsevišķi šķidruma slāņi pārvietojas viens pret otru, nesajaucoties savā starpā. Laminārā ūdens plūsmā ievadītu krāsas strūklu vide neizskalo, un tai ir izstiepta pavediena izskats.

Turbulentam režīmam raksturīga nesakārtota, haotiska kustība, kad šķidruma daļiņas pārvietojas pa sarežģītām, pastāvīgi mainīgām trajektorijām. Šķērsvirziena ātruma komponentu klātbūtne turbulentā plūsmā izraisa intensīvu šķidruma sajaukšanos. Šajā gadījumā krāsainā straume nevar pastāvēt neatkarīgi un sadalās virpuļu veidā visā caurules šķērsgriezumā.

Eksperimentos noskaidrots, ka kustības veids ir atkarīgs no vidējā ātruma u, caurules diametra d, šķidruma blīvuma r un tā absolūtās viskozitātes m. Lai raksturotu režīmu, ir ierasts izmantot šo daudzumu kopu, kas noteiktā veidā sakārtota bezdimensiju kompleksā - Reinoldsa skaitlis.

kur n = m/r ir kinemātiskās viskozitātes koeficients.

Reinoldsa skaitli, kas atbilst pārejai no lamināras plūsmas uz turbulentu plūsmu, sauc par kritisko un apzīmē ar Re cr. Jāuzsver, ka šķidruma plūsmas nestabilitātes dēļ uz laminārā un turbulentā režīma robežas Re cr vērtība nav stingri noteikta. Cilindriskām caurulēm, kad ūdens pārvietojas, ņemot vērā plūsmas ieplūdes apstākļus, sienu raupjumu un sākotnējo traucējumu esamību Re cr = 580-2000. Aprēķinos parasti tiek ņemts Re cr » 2300.

Pie Re Re cr – nemierīgs.

Lielākajā daļā tehnisko lietojumu, kas saistīti ar zemas viskozitātes vides (ūdens, gaiss, gāze, tvaiks) kustību, tiek īstenots turbulents režīms - ūdens apgāde, ventilācija, gāzes apgāde, siltumapgādes sistēmas. Laminārais režīms notiek plēves siltummaiņos (kad kondensāta plēve gravitācijas ietekmē izplūst), filtrējot ūdeni augsnes porās un viskoziem šķidrumiem pārvietojoties pa cauruļvadiem.

Darba mērķis

Ar vizuāliem novērojumiem noteikt šķidruma kustības raksturu dažādos režīmos; apgūt spiediena režīma aprēķināšanas metodiku; izmēģinājuma rūpnīcai nosaka kritisko Reinoldsa skaitli.

Izmēģinājuma rūpnīcas apraksts

Laboratorijas iekārtā (3.1. attēls) ietilpst spiediena tvertne, cauruļvads (ar caurspīdīgu sekciju vizuālai novērošanai), tvertne ar krāsvielu un mērīšanas tvertne.

Tvertne ar krāsvielu ir piestiprināta ar statīvu pie spiedtvertnes sienas un ir aprīkota ar cauruli krāsas padevei ūdens plūsmai, kas pārvietojas cauruļvadā. Plūsmas ātrumu iestata ar vadības vārstu un nosaka, izmantojot mērīšanas tvertni.

Darba kārtība

Eksperimentālo datu apstrāde

Rezultātu analīze. Secinājumi no darba

Tiek sniegta šķidruma kustības rakstura vizuālo novērojumu analīze dažādos režīmos. Tiek atzīmēta kritiskā Reinoldsa skaitļa vērtība izmēģinājuma iekārtai un aprēķinātās režīma noteikšanas rezultāti.

Kontroles jautājumi

1. Kādus šķidruma plūsmas režīmus jūs zināt?

2. Izskaidrojiet plūsmas režīma eksperimentālas noteikšanas metodi.

3. Kāda ir būtiska atšķirība starp turbulentu un lamināro režīmu?

4. Kā ar aprēķinu nosaka plūsmas režīmu?

5. Definējiet kritisko Reinoldsa skaitli.

6. Sniedziet piemērus tehniskajām sistēmām (ierīcēm), kurās notiek: a) laminārais režīms; b) turbulentais režīms.

Laboratorijas darbs Nr.4

Hidrauliskā koeficienta noteikšana

Berze

Galvenā informācija

Šķidruma plūsma, kas vienmērīgi pārvietojas caurulē (kanālā), zaudē daļu savas enerģijas berzes dēļ uz caurules virsmas, kā arī paša šķidruma iekšējās berzes dēļ. Šos zudumus sauc par spiediena zudumiem visā plūsmas garumā vai spiediena zudumiem berzes dēļ.

Saskaņā ar Bernulli vienādojumu spiediena zudums nemainīga diametra horizontālas caurules garumā

h dl = , (4.1)

kur ir pjezometriskie spiedieni aplūkotajās sadaļās.

Eksperimenti liecina, ka spiediena zudumi visā garumā ir proporcionāli bezizmēra koeficientam l un ir atkarīgi no cauruļvada garuma l un diametra d, kā arī no vidējā ātruma u. Šo atkarību nosaka labi zināmā Darcy-Weisbach formula

h dl = . (4.2)

Koeficients l, kas raksturo berzes pretestību, parasti ir atkarīgs no Reinoldsa skaitļa Re un cauruļu sienu relatīvā raupjuma D/d (šeit D ir raupjuma izvirzījumu absolūtais izmērs). Tomēr šo lielumu ietekme uz koeficientu l laminārā un turbulentā režīmā ir atšķirīga.

Laminārajā režīmā raupjums neietekmē berzes pretestību. Šajā gadījumā l = f(Re) un aprēķinu veic pēc formulas

l = 64/Re. (4.3)

Turbulentā režīmā Re un D/d ietekmi nosaka Reinoldsa skaitļa vērtība. Pie salīdzinoši maza Re, kā arī laminārajā režīmā koeficients l ir tikai Reinoldsa skaitļa Re (hidrauliski gludo cauruļu apgabals) funkcija. Aprēķiniem šeit ir piemērojamas G. Blasius formulas Re £ 10 5:

l = 0,316/Re 0,25, (4,4)

un formula G.K. Konakovs vietnē Re£ 3×10 6:

Mērenu Reinoldsa skaitļu diapazonā l = f(Re,) un labu atbilstību eksperimentam nodrošina formula A.D. Altshulya:

Pie pietiekami lielām Re vērtībām (attīstīta turbulenta plūsma) viskozās berzes ietekme ir nenozīmīga, un koeficients l = f(D/d) ir tā sauktais pilnīgi raupju cauruļu apgabals. Šajā gadījumā aprēķinu var veikt, izmantojot B.L. formulu. Šifrinsons:

Iepriekš minētās un citas labi zināmās empīriskās formulas hidrauliskās berzes koeficienta noteikšanai iegūtas, apstrādājot eksperimentālos grafikus. Salīdzinot l aprēķina rezultātus, izmantojot šīs formulas, ar eksperimentālām vērtībām, var novērtēt veikto eksperimentu ticamību.

Darba mērķis

Apgūt metodiku hidrauliskās berzes koeficienta eksperimentālai noteikšanai; eksperimenta nosacījumiem noteikt hidrauliskās berzes koeficienta atkarību no šķidruma plūsmas režīma un iegūtos rezultātus salīdzināt ar aprēķiniem, izmantojot empīriskās formulas.

Eksperimentālā tehnika

Hidrauliskās berzes koeficientu nosaka ar netiešo metodi, izmantojot Darcy-Weisbach formulu (4.2). Šajā gadījumā spiediena zudumu h dl nosaka tieši no pieredzes - no pjezometrisko spiedienu starpības pētāmā cauruļvada posma sākumā un beigās, un kustības ātruma u no šķidruma plūsmas ātruma Q.

Atkarību l = f(Re) nosaka, veicot eksperimentus dažādos šķidruma kustības režīmos un izveidojot atbilstošu grafiku.

Izmēģinājuma rūpnīcas apraksts

Laboratorijas iekārtojumā (4.1. attēls) ietilpst spiediena tvertne, eksperimentālais cauruļvads un mērīšanas tvertne.

Eksperimentālais cauruļvads ir horizontāls, nemainīga šķērsgriezuma (l = 1,2 m, d = 25 mm). Spiediena zuduma noteikšanas zonā ir divi statiskā spiediena nipeļi, kas ar gumijas šļūtenēm savienoti ar pjezometriem. Aiz mērīšanas sekcijas ir uzstādīts vārsts ūdens plūsmas regulēšanai.

Darba kārtība

Eksperimentālo datu apstrāde

Rezultātu analīze. Secinājums par darbu

Laboratorijas darbs Nr.5

Vietējā koeficienta noteikšana

Pretestība

Galvenā informācija

Reālās hidrauliskās sistēmās kustīgais šķidrums zaudē mehānisko enerģiju taisnās cauruļu daļās, kā arī veidgabalos un veidgabalos, kā arī citās vietējās pretestībās. Enerģijas zudumi vietējo pretestību pārvarēšanai (tā sauktie lokālie spiediena zudumi) ir daļēji berzes, bet lielākā mērā plūsmas deformācijas, atdalīšanās no sienām un intensīvu virpuļplūsmu rašanās dēļ.

Vietējos spiediena zudumus nosaka, aprēķinot pēc Veisbaha formulas:

h m = z m (u 2 /2 g), (5.1)

kur z m ir vietējās pretestības koeficients; parāda, kāda ātruma spiediena daļa tiek iztērēta pretestības pārvarēšanai.

Z m vērtība vispārīgā gadījumā ir atkarīga no lokālās pretestības veida un plūsmas režīma. Turbulentā režīma kvadrātiskā apgabala koeficienta eksperimentālās vērtības ir norādītas atsauces tabulās.

Darba mērķis

Apgūt metodoloģiju lokālās pretestības koeficienta eksperimentālai noteikšanai; Eksperimentāli noteikt pētāmās lokālās pretestības koeficientu z m, noteikt tā atkarību no Reinoldsa skaitļa un iegūtos datus salīdzināt ar tabulas datiem.

Eksperimentālā tehnika

Izmēģinājuma rūpnīcas apraksts

Instalācija vietējās pretestības koeficienta eksperimentālai noteikšanai (5.1. attēls) ietver spiediena tvertni, cauruļvadu ar pārbaudāmo vietējo pretestību un mērīšanas tvertni. Uz cauruļvada pirms un aiz vietējās pretestības ir uzstādīti statiskā spiediena nipeļi, kas tiek savienoti ar pjezometriem, izmantojot gumijas šļūtenes. Ir vārsts ūdens plūsmas regulēšanai.

Darba kārtība

Eksperimentālo datu apstrāde

Rezultātu analīze

Ko darīsim ar saņemto materiālu:

Ja šis materiāls jums bija noderīgs, varat to saglabāt savā lapā sociālajos tīklos:

Inženieru un augsto tehnoloģiju fizikas fakultāte

Fizikālo metožu katedra lietišķajā pētniecībā

M.V. Vjaldins

Vadlīnijas

par hidraulikas laboratorijas darbnīcu

Izglītības un metodiskā rokasgrāmata

Uļjanovska

UDC 532.5 (075.8)

BBk 30,123 i73

Publicēts ar Uļjanovskas Valsts universitātes Inženieru un augsto tehnoloģiju fizikas fakultātes Akadēmiskās padomes lēmumu

Recenzenti:

Tehnisko zinātņu doktors, Naftas un gāzes biznesa un servisa katedras profesors P.K. Germanovičs

Fizikālo un matemātikas zinātņu kandidāts, Fizikālo metožu katedras asociētais profesors lietišķajā pētniecībā Yu.N. Zubkovs

Vjaldins M.V.

B 99 Norādījumi hidraulikas laboratorijas darbnīcai.– Uļjanovska: UlGU, 2014.- 48 lpp.

Hidraulikas darbnīcā tiek veikti 9 laboratorijas darbi, no kuriem divi ir vērsti uz divu laboratorijas stendu “Hidrostatika” un “Hidrodinamika” dizaina un darbības principa izpēti, pārējie aptver praktiski hidrostatiskā spiediena, nezināmā blīvuma noteikšanu. šķidrums, spiediena spēks uz trauka horizontālajām un vertikālajām sienām, hidrauliskā pretestība visā caurules garumā un pēkšņa izplešanās; šķidruma plūsmas izpēte izplūdes laikā Venturi caurulēs un viendimensijas šķidruma plūsmas laminārās un turbulentās plūsmas režīmu vizuāla novērošana.

Metodiskā rokasgrāmata paredzēta Augsto tehnoloģiju Inženieru un fizikas fakultātes studentiem.

Uļjanovskas Valsts universitāte, 2014

Vjaldins M.V., 2014

Ievads……………………………………………………………………………………4

Mērījumi, mērījumu kļūdas un eksperimentālo datu noformēšana……………………………………………………………………………………….4

Laboratorijas darbs Nr.1

Laboratorijas stenda “HYDROSTATICS GS” izpēte ……………………8

Laboratorijas darbs Nr.2

Hidrostatiskā spiediena noteikšana……………………………………..11

Laboratorijas darbs Nr.3

Nezināma šķidruma blīvuma noteikšana………………………………14

Laboratorijas darbs Nr.4

Šķidruma spiediena spēka noteikšana uz plakanām sienām………………..17

Laboratorijas darbs Nr.5

Laboratorijas stenda “HYDRODYNAMICS OF GD” izpēte…………………21

Laboratorijas darbs Nr.6

Spiediena zuduma noteikšana apaļā caurulē……………………………………28

Laboratorijas darbs Nr.7

Spiediena zuduma noteikšana pēkšņas izplešanās dēļ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Laboratorijas darbs Nr.8

Bernulli diagrammu eksperimentālā uzbūve…………………………..39

Laboratorijas darbs Nr.9

Plūsmas režīmu novērošana un plūsmas parametru noteikšana…. …….43

Ievads

Hidraulika kā zinātne ir viena no svarīgākajām zināšanu praktiskā pielietojuma ziņā gan ražošanā, gan ikdienā, un mūsdienu inženierim ir jāzina metodes hidraulisko parādību pētīšanai un cauruļvadu stāvokļa diagnostikai. Tāpēc studentiem jāzina dažādu spiediena, blīvuma, viskozitātes, šķidruma plūsmas mērītāju struktūra, kā arī šo lielumu mērvienības gan mērvienību sistēmās SI un GHS, gan nesistēmiskās mērvienībās. mērīšanas.

Lai aprēķinātu daudzus pētītos lielumus, ir svarīgi izmantot interneta resursus, lai meklētu atbilstošos tabulas datus (piemēram, kinemātiskā viskozitāte daudzos gadījumos tiek sajaukta ar dinamisko viskozitāti, jo viņi nezina sakarības formulu starp šiem lielumiem un attiecīgi nepievērš uzmanību tabulās norādītajām mērvienībām un prefiksiem). Hidraulisko instrumentu rādījumu ņemšana arī rada zināmas grūtības: piemēram, rādījumus no rotametriem uzrāda dalījumos, un, lai šos rādījumus pārvērstu SI sistēmā, ir jāspēj izmantot plūsmas ātruma (padalījumu) un plūsmas diagrammu. likme (litros/stundā).

Veicot laboratorijas darbus, jāatceras, ka Hidrostatikas stendā dažas savienojošās caurules ir atvērtas, un spiediena maiņa (pārmērs un vakuums) jāveic vienmērīgi un ņemot vērā šķidruma inerci.

Mērījumi, mērījumu kļūdas un eksperimentālo datu prezentācija.

Hidraulikas laboratorijā tiek veikti tiešie un netiešie mērījumi. Mērījums attiecas uz izmērītā daudzuma salīdzināšanu ar citu lielumu, kas tiek ņemts par mērvienību.

Tiešajiem mērījumiem (piemēram, temperatūra, spiediens u.c.) tiek izmantoti mērinstrumenti (termometrs, manometrs), kas kalibrēti atbilstošās mērvienībās.

Netiešos mērījumos nepieciešamo lielumu nosaka no citu lielumu tiešo mērījumu rezultātiem, kas ar noteiktu funkcionālu sakarību saistīti ar izmērīto lielumu (piemēram, P = P 0 +ρgh, ρ = m/V, ρ = P /gh).

Mērot jebkurus lielumus, tiek veiktas trīs secīgas darbības:

ierīču izvēle, testēšana un uzstādīšana (mūsu gadījumā stendus darbam sagatavo tehniķis-inženieris);

rādījumu novērošana un to skaitīšana katram režīmam;

vajadzīgās vērtības aprēķināšana no mērījumu rezultātiem un kļūdas novērtēšana.

Izmērītā daudzuma patieso vērtību nevar noteikt pilnīgi precīzi. Katrs mērījums dod noteikta lieluma X vērtību ar kādu kļūdu ∆X, ko sauc par absolūto kļūdu.

Ir mērījumu kļūdas: sistemātiskas, nejaušas un kļūdas.

Sistemātiska ir kļūda, kas paliek nemainīga vai dabiski mainās, veicot atkārtotus viena un tā paša daudzuma mērījumus. Jebkuram mērinstrumentam ir viena vai otra sistemātiska kļūda, kuru nevar novērst, bet var ņemt vērā.

Nejaušas kļūdas ir kļūdas, kuru rašanos nevar novērst. Parasti tie tiek ņemti vērā atkārtotu mērījumu laikā un tie atbilst statistikas likumiem.

Izslīdes un rupjas kļūdas ir pārmērīgi lielas kļūdas, kas nepārprotami izkropļo mērījumu rezultātu.

Ar laboratorisko mērījumu metodi tiek veikti vairāki daudzuma mērījumi un iegūto vērtību aritmētiskais vidējais, atšķirībā no tehniskās metodes, kurā ir pieļaujams viens pētāmā daudzuma mērījums.

Kļūdu avoti var būt: mērinstrumenti (instrumentālā kļūda), novērotājs (nolasīšanas kļūda), vide (vides kļūda), mērījumu tehnika un rezultātu apstrādes tehnika (matemātiskās apstrādes kļūda). Kopējo kļūdu ∆Х tiešajos mērījumos nosaka pēc nejaušās kļūdas atrašanas un sistemātiskās kļūdas novērtēšanas.

Vienkāršākajos gadījumos ∆Х (absolūto kļūdu) nosaka mērinstrumentu kļūda. Piemēram, manometram absolūtā kļūda tiek uzskatīta par vienādu ar pusi no mazākā dalījuma vērtības. Dalījuma vērtību nosaka attiecība starp tuvākajām lielumu digitālajām vērtībām instrumentu skalā un dalījumu skaitu starp tiem.

Lai novērtētu netiešo mērījumu precizitāti, vispirms nosakiet relatīvo kļūdu

ε = ∆X/Xavg.,

kur ir Xsr. ir vērtību vidējais aritmētiskais, tad mērījumu rezultātu reģistrēšana būs šāda:

X = Xsr. ± ∆Х,

un ∆Х nosaka ar relatīvo kļūdu ε, kas tiek atrasta saskaņā ar diferenciācijas likumu. 1. tabulā (skatīt pielikumu) ir sniegtas formulas vērtību relatīvās kļūdas aprēķināšanai atbilstoši visbiežāk sastopamajām funkcionālajām atkarībām. Šeit ir daži gadījumi, kad tiek aprēķināta vērtības Y netiešo mērījumu relatīvā kļūda:

Lai funkciju dotu izteiksme Y = A + B un absolūtās mērījumu kļūdas ∆A, ∆B, tad

Y +∆Y = (A ± ∆A) + (B ± ∆B), tātad, ∆Y = ∆A +∆B, tad relatīvā kļūda tiks noteikta šādi

∆Y/Y = ∆Y/(A+B) = (∆A +∆B)/(A + B);

Ja Y = A * B, tad ∆Y/Y = ∆A/A + ∆B/B vai ε Y = ε A + ε B.

Ja aprēķinu formulās ir iekļautas konstantes, piemēram, skaitlis π = 3,14, dažas fizikālās konstantes, piemēram, g = 9,83 m/s 2, tabulas dati, tad tās tiek ņemtas ar tādu precizitāti, lai zīmīgo ciparu skaits aiz komata. punktā tie saturēja vienu vairāk nekā nozīmīgo skaitļu skaits izmērīto daudzumu vērtībās.

Absolūtā spiediena mērīšanas relatīvās kļūdas aprēķināšanas piemērs. Sākotnējā formula: P = P 0 + ρgh, kas nozīmē, ka funkcionālā atkarība ir līdzīga Y = A + B, t.i.

∆P/P = (∆P 0 +∆(ρgh))/ (P 0 + ρgh), kur

∆(pgh) aprēķina, izmantojot otrās funkcionālās attiecības piemēru

∆(ρgh)/ρgh = ∆p/p + ∆g/g +∆h/h, no kurienes

∆(ρgh) = (εp + εh)*ρgh.

Kļūdu aprēķināšanas un eksperimentālo datu uzrādīšanas noteikumi. Tā kā noteiktā fizikālā lieluma precizitāti nosaka mērījumi, nevis aprēķini, mērījumu rezultāta skaitliskā vērtība tiek noapaļota līdz skaitlim, kas atbilst kļūdas vērtībai.

Papildu cipari veseliem skaitļiem tiek aizstāti ar nullēm, un decimāldaļskaitļiem tie tiek atmesti. Piemērs: (103221 ± 245) Pa – pirms noapaļošanas;

(103220 ± 250) Pa – pēc noapaļošanas, aprēķinot šķidruma spiedienu.

Ja cipari, kas aizstāti ar nulli vai izmesti, ir mazāki par 5, atlikušie cipari netiek mainīti. Un, ja šis cipars ir lielāks par 5. Tad atlikušie cipari tiek palielināti par vienu. Piemērs: (846,45 ± 0,13) kg/m 3 – pirms noapaļošanas; (846,5 ± 0,1) kg/m 3 – pēc noapaļošanas, aprēķinot nezināma šķidruma blīvumu.

Ja cipars, kas tiek aizstāts ar nulli vai tiek izmests, ir 5 (ar sekojošām nullēm), tad noapaļošanu veic šādi: noapaļotā skaitļa pēdējais cipars paliek nemainīgs. Ja tas ir pāra, un palielinās par vienu, ja tas ir nepāra. Piemērs: (184, 256 ± 0,127)N – pirms noapaļošanas; (184,26 ± 0,13)N vai

(184,3 ± 0,1) - pēc noapaļošanas, aprēķinot šķidruma spiediena spēku uz plakanām horizontālām un vertikālām sienām.

Uzrādot galīgo mērījumu rezultātu, ir ērti uzrakstīt skaitlisko vērtību decimāldaļskaitļa veidā, kas reizināts ar nepieciešamo jaudu 10. Piemēram, ierakstot atmosfēras spiediena vērtību: 101 239 Pa = 101,239 * 10 3 Pa = 101,24 kPa.

Hidraulisko parādību eksperimentālajā izpētē vairumā gadījumu iegūtās atkarības vēlams attēlot grafika veidā. Salīdzinot teorētisko līkni ar eksperimentālo, tiek noteikts, vai eksperimenta rezultāti atbilst sagaidāmajai vērtībai. Dažos gadījumos tiek piedāvāts uz teorētiskās līknes uzlikt grafikas eksperimentālo sadaļu. Šajā gadījumā ir jāņem vērā līknes sekcijas darbība precīzi izmērītās vērtības robežās, kas tiek parādīta teorētiskajā līknē. Ērtības labad izvēlētajai skalai, konstruējot eksperimentālo atkarību, jāsakrīt ar teorētiskās atkarības skalu. Piemēram, uzliekot hidrauliskās pretestības atkarības grafiku no Re skaitļa Murina grafikā, eksperimentālā daļa ir tikai desmitā daļa no teorētiskās līknes (un Murina grafikā to ir ļoti daudz). Līdz ar to pareiza eksperimentālā posma sakritība ar kādu no šīm līknēm ļaus noteikt caurules iekšējās virsmas līdzvērtīgu relatīvo raupjumu šīs līknes turpinājumā.

Eksperimentālos punktus uz grafiskā papīra attēlo krustiņu veidā un līkni zīmē nevis pāri visiem punktiem, bet kļūdas robežās, lai virs un zem šīs līknes punktu skaits atbilstoši to kopējam attālumam no eksperimentālās līnijas apmēram tāds pats. Eksperimentālās līknes vispārējam izskatam jābūt līdzīgam teorētiskās atkarības izskatam vai teorētiskās līknes atbilstošās daļas izskatam.

Laboratorijas darbs Nr.1

IZPĒTĪJOT LABORATORIJAS STENDU “HIDROSTATIKA GS”

Darba mērķis: izpētīt laboratorijas stenda “Hidrostatika” dizainu un darbības principu; pierakstiet absolūtā spiediena noteikšanas formulu, pierakstiet liekā spiediena noteikšanas formulu, izmantojot pjezometru bateriju; zināt šķidrumu blīvumu pjezometros; nosaka dalīšanas pjezometru un manometru cenu; izteikt to nozīmi SI.

Īsa teorija.

Statīvs sastāv no darba galda 1 (1. att.), tvertnes 2 un vairoga 3 ar pievienotu akumulatora spiediena-vakuuma mērītāju P3. Blakus galdam ir piestiprināts sienas pjezometru panelis 4. Tvertne ir ¾ piepildīta ar darba šķidrumu. Izmantojot kompresoru 5 un putekļu sūcēju 6, kas atrodas uz galda apakšējā plaukta, zem tvertnes vāka var izveidot pārmērīgu vai vakuuma spiedienu. Nepieciešamo režīmu nodrošina vadības bloks 7 un krāni B1 un B2. Gaisa spiedienu tvertnē reģistrē ar mehāniskiem instrumentiem - manometru MH1 un vakuuma mērītāju VN. Uz tvertnes priekšējās un sānu sienām ir atloki, pie kuriem caur silfonu 8 ir piestiprinātas divas testa plakanas sienas 9 - vertikālas un horizontālas. Uz atlokiem ir piestiprināti lineāli ar svariem, kurus izmanto, lai noteiktu sienu kustību. P3 akumulatora spiediena vakuuma mērītāja līkumi ir piepildīti ar šķidrumu (parasti šķidrumi var būt dažādi). Akumulatora vakuuma mērītāja kreisais gals ir piepildīts ar gaisu un savienots ar tvertnes augšdaļu, bet labais gals ir atvērts atmosfērai (2. att.).

Uz pjezometru 4 sienas paneļa atrodas pjezometrs P1, kas savienots ar tvertnes daļu, kas piepildīta ar darba šķidrumu, un U-veida spiediena un vakuuma mērītājs P2, kas piepildīts ar nezināma blīvuma testa šķidrumu. Spiediena un vakuuma mērītāja P2 viens gals ir savienots ar tvertnes augšējo (gaisa) daļu, bet otrs ir savienots ar mehānisku ierīci - manometru MH2.

Vārsti B5 un B3 kalpo spiediena un vakuuma mērītāja P2 bloķēšanai, veicot eksperimentus ar spiedienu vai vakuumu, kas pārsniedz šīs šķidruma ierīces mērījumu robežas. Krānus B8 un veidgabalu 10 izmanto, lai uzpildītu tvertni ar darba šķidrumu un iztukšotu to.

Rīsi. 1. Laboratorijas stends “Hydrostatics GS”.

Laboratorijas stends "GS" paredzēts laboratorijas darba Nr.2.3.4 veikšanai, lai noteiktu hidrostatisko spiedienu, nezināma šķidruma blīvumu un šķidruma spiediena spēku uz plakanām vertikālām un horizontālām sienām.

Kontroles jautājumi.

Kam paredzēts “Hydrostatics GS” laboratorijas stends?

Uz kā balstās stenda darbības princips?

Uzskaitiet galvenos laboratorijas stenda elementus.

Kādi spiediena mērītāji tiek izmantoti stendā?

Kāda ir skalas dalījuma cena pjezometru akumulatoram?

Kāda ir skalas dalījuma cena sienas pjezometriem?

Rīsi. 2. “Hydrostatics GS” stenda hidrauliskā shēma.

Kāda ir mehānisko spiediena mērītāju sadales cena? Izsakiet šo daudzumu SI.

Kāds šķidrums ir pjezometra akumulatorā? Norādiet tā blīvumu.

Kādi šķidrumi atrodas sienas pjezometros? Norādiet, kāds ir šķidruma blīvums pjezometrā P1.

Kāds šķidrums un līdz kādam līmenim ir piepildīta tvertne? Kāpēc?

Kā pārpalikumu un spiediena-vakuuma spiedienu tvertnē nosaka galda pjezometru baterija? Uzrakstiet formulu.

Norādiet divus galvenos statīva darbības režīmus. Kādas ierīces tiek izmantotas šo režīmu izveidošanai un kur tās atrodas?

Kuras metodes hidrostatiskā spiediena noteikšanai ir visprecīzākās.

Laboratorijas darbs Nr.2

HIDROSTATISKĀ SPIEDIENA NOTEIKŠANA.

Darba mērķis - studenti apgūst hidrostatiskā, pārpalikuma un vakuuma spiediena mērīšanas metodes divos režīmos.

Gatavojoties darbam, darba veikšanas procesā un apstrādājot eksperimentu rezultātus, studentam ir:

Iepazīstieties ar dažādiem spiediena mērīšanas instrumentiem;

Noteikt hidrostatisko spiedienu trīs veidos divos režīmos;

Noteikt spiedienu zem tvertnes vāka, izmantojot pjezometra un akumulatora spiediena-vakuuma mērītāja rādījumus, un salīdzināt tos ar mehāniskās ierīces rādījumiem divos režīmos;

Nosakiet absolūto kļūdu hidrostatiskā spiediena mērīšanā, izmantojot visas trīs metodes visiem režīmiem.

Hidraulikas laboratorijas darbi

Virtuālajā laboratorijā

Vadlīnijas

Apstiprinājusi redakcija un izdevniecība

Samara 2009

Sastādījis UN. Vesņins

UDK 532; 621.031

Laboratorijas darbs pie hidraulikas virtuālajā laboratorijā: vadlīnijas / sast. UN. Vesņins; SGASU. – Samara, 2009. – 40 lpp.

Vadlīnijas paredzētas augstskolas specialitātēs: 290300, 290500, 290700, 290800, 291300, 291500, 330400 pilna un nepilna laika studentiem, veicot laboratorijas darbus kursā “Hidraulika” (II kurss, III-IV piln. laika semestros un IV kursa, VII semestra neklātienē).

Tiek sniegta nepieciešamā informācija laboratorijas darbu veikšanai par šādām tēmām:

"Hidrostatiskais spiediens un Paskāla likums",

"Bernulli vienādojums šķidruma vienmērīgai nevienmērīgai kustībai",

"Šķidruma plūsmas režīmi"

"Hidrauliskā pretestība"

"Šķidruma plūsma caur maziem caurumiem plānā sienā un sprauslām ar pastāvīgu spiedienu atmosfērā"

"Ūdens āmurs".

Pārbaudes jautājumi tiek doti norādītajam laboratorijas darbam.

Izglītojošs izdevums

Redaktors G.F. Kaņepes

Tehniskais redaktors A.I. Slikti laika apstākļi

Korektore E.M. Isaeva

Parakstīts publicēšanai 2009. gada 20. jūlijā.

Formāts 60x84/16. Ofseta papīrs. Ofseta druka.

Akadēmiskais izd. l. Nosacīti krāsns l. Tirāža 100 eks.

Samaras Valsts Arhitektūras un civilās inženierijas universitāte

443001 Samara, st. Molodogvardeiskaja, 194

kopīga daļa

Hidrauliskās mehānikas laboratorijas datorversija paredzēta laboratorijas darbu imitēšanai atbilstoši disciplīnas “Hidraulika” programmai. Tas ietver vienu laboratorijas bloku hidrostatikai un 5 vienības hidrodinamikai.

Virtuālā laboratorija sastāv no animēta attēla displeja ekrānā par pašreizējām instalācijām un pētāmā fiziskā procesa matemātiskā modeļa, kas kontrolē ekrāna saturu.

Programma ļauj simulēt fiziska procesa parametru mērīšanu, izmantojot hidraulisko eksperimentu praksē izmantotos instrumentus. Datoreksperimenta laikā programma atveido izmērītā parametra nejaušo novirzi, kas ļauj novērtēt mērījumu precizitāti, izmantojot statistiskās analīzes metodes.

Katra laboratorijas iekārta sastāv no trim sadaļām:

1 – laboratorijas iekārtojuma diagramma, līdzīga šajās vadlīnijās parādītajai;

2 – informācija par programmu, kas apraksta šī darba veikšanas metodiku un satur nepieciešamos sākuma datus, kas daļēji norādīti diagrammā;

3 – eksperimenta veikšana, kas tiek veikta interaktīvā datora režīmā.

Programma ļauj veikt eksperimentus dažādos režīmos.

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS IZGLĪTĪBAS UN ZINĀTNES MINISTRIJA Toljati Valsts universitāte

Būvniecības institūts Ūdensapgādes un sanitārijas katedra

METODISKIE NORĀDĪJUMI

par laboratorijas darbiem disciplīnā “HIDRAULIKA”

par akadēmisko padomnieku

Toljati 2007. gads

UDC 532.5 (533.6)

Laboratorijas darbu vadlīnijas disciplīnā “Hidraulika” būvniecības specialitāšu pilna laika studentiem. / Sast. Kaļiņins A.V., Luškins I.A. - Toljati: TSU, 2006.

Ieskicēti laboratorijas darbu mērķi, uzdevumi un programma, dotas instrukcijas sagatavošanās darbam un to īstenošanai.

12. slimība. Tabula 8. Bibliogrāfija: 5 nosaukumi.

Sastādīja: Kaļiņins A.V., Lushkin I.A. Zinātniskais redaktors: Vdovins Yu.I.

Apstiprinājusi institūta metodiskās padomes redakcijas un izdevējdarbības daļa.

© Toljati Valsts universitāte, 2007

Norādījumi laboratorijas darbiem

Apgūstamā kursa pamatā ir studentu sākotnējo prasmju apguve pētnieciskā darba veikšanā, laboratorisko pētījumu rezultātu izpratnē, iegūto rezultātu prezentācijā un aizstāvēšanā. Laboratorijas darbi tiek veikti Ūdensapgādes un sanitārijas katedras laboratorijās. Darba laikā studentam ir iespēja redzēt un pētīt šķidrumā notiekošas parādības, veikt fizikālo lielumu mērījumus, apgūt eksperimentu uzstādīšanas metodiku, apgūt iemaņas eksperimenta rezultātā iegūto datu apstrādē un pētījuma rezultātu prezentācijā. . Laboratorijas darbu laikā skolēnam jāiemācās lietot mērinstrumentus.

Pirms laboratorijas darbu veikšanas tiek pārraudzītas studenta zināšanas par teorētisko materiālu par eksperimentālo pētījumu tēmu. Kontroli testa veidā veic akadēmiskais konsultants. Studentam ir atļauts veikt laboratorijas darbus, ja viņš pareizi atbild uz 40% no testa jautājumiem.

Laboratorijas darbos Nr.4 un Nr.5 studentam pirms eksperimentālā pētījuma veikšanas jāaprēķina fizikālā modeļa parametri. Aprēķinu rezultāti tiek prezentēti akadēmiskajam konsultantam. Ja students nav pabeidzis aprēķinu, students nedrīkst piedalīties eksperimentālajā pētījumā.

Eksperimentālā pētījuma rezultāti tiek prezentēti ziņojuma veidā. Pārskatā ir: darba mērķis, uzstādīšanas shēma, aprēķinu pamatformulas, mērījumu un aprēķinu tabulas, grafiki, secinājumi. Pētījuma rezultāti pēc akadēmiskā konsultanta pārskatīšanas tiek izmantoti īsā cauruļvada projektēšanā.

Universālā hidrauliskā statīva GS - 3 apraksts

Universālais hidrauliskais stends (skat. 1. att.) paredzēts laboratorijas un pētniecības darbam, kura mērķis ir šķidruma kustības likumu izpēte. Hidrauliskais stends tika izstrādāts Samaras Valsts aerodinamikas universitātes Siltumtehnikas un siltumtehnikas katedrā.

Galvenie hidrauliskā statīva elementi:

spiediena un uztveršanas ierīce;

darba zona;

sūknis;

mērierīces.

Uz plaukta 4 ir spiediena tvertne 2, kas izgatavota no nerūsējošā tērauda sfēras formā. Spiediena tvertnei ir izplūdes caurule 3, kurai, izmantojot blīvējumu, ir piestiprināta darba sekcija 15. Darba sekcijas otrs gals ir nostiprināts caurulē, izmantojot gumijas aproci, kas ar mehānismu 17 tiek uzspiesta uz sekcijas.

Ūdens ieplūst spiediena līnijā no sūkņa 9, kad tiek atvērts vārsts 8. Eksperimenta laikā ir jāaizver padeves vārsts 6 un drenāžas vārsts 7. Ūdens plūsmu caur darba zonu regulē vārsts 18 pie izejas no darba zonas un vārsts 8

Rīsi. 1. Hidrauliskā statīva diagramma

Uztvērēja ierīce ir tvertne 22, kas savienota ar drenāžas līniju 12. Mērīšanas tvertne 20 ir uzstādīta virs uztveršanas tvertnes uz konsoles 10, lai mērītu ūdens plūsmu. Uz konsoles ir uzstādīta paplāte 11, ko izmanto, lai savāktu ūdeni un novadītu to mērīšanas tvertnē 20. Mērtvertnes apakšā atrodas vārsts 21, ko vada sviras mehānisms.

Mērinstrumentus attēlo pjezometriskais vairogs 13, uz kura ir uzstādītas septiņas stikla caurules. Pārspiedienu spiediena tvertnē mēra ar standarta manometru 1. Mērot ūdens plūsmu, vienlaikus ar vārsta aizvēršanos vadības panelī 5 tiek ieslēgts elektriskais hronometrs. Pēc noteikta tilpuma mērīšanas tvertnes piepildīšanas ar ūdeni (3 litri), līmeņa slēdža kontakts aizveras un vienlaikus apstājas elektriskais hronometrs.

Hidrauliskais statīvs darbojas slēgtā kontūrā, sūknējot ūdeni no padeves tvertnes, novadot to pieņemšanas tvertnē un padodot to zem spiediena uz padeves tvertni.

Laboratorijas darbs Nr.1 ​​Ūdens viskozitātes koeficienta vērtības noteikšana

1. Darba mērķis: eksperimentāla ūdens viskozitātes koeficienta un blīvuma noteikšana noteiktā temperatūrā. Eksperimenta rezultāti tiek izmantoti, lai aprēķinātu īsu cauruļvadu.

2. Darba programma:

2.1. Nosaka ūdens viskozitāti noteiktā temperatūrā, izmantojot Engle viskozimetru

2.2.Izmēra šķidruma blīvumu ar hidrometru. 2.3. Nosaka testa šķidruma dinamisko viskozitāti.

3. Laboratorijas iekārtojuma un mērinstrumentu apraksts

Englera viskozimetrs(2. att.) sastāv no metāla cilindra 1 ar sfērisku dibenu ar caurumu. Caurumu aizver ar stieni 2. Pētot šķidruma viskozitātes izmaiņu atkarību no temperatūras, cilindru ievieto ūdens vannā 3 ar regulējamu ūdens sildīšanu.

2. att. Englera viskozimetrs

Hidrometra darbības princips (skat. 3. att.) balstās uz Arhimēda likuma izmantošanu, saskaņā ar kuru Arhimēda spēks iedarbojas vertikāli uz augšu uz šķidrumā ievietotu ķermeni. Šī spēka lielums ir atkarīgs no šķidruma blīvuma. Jo lielāks ir šķidruma blīvums, kurā ķermenis ir ievietots, jo lielāks būs Arhimēda spēks, kas izspiedīs ķermeni no šķidruma. Uz ķermeņa ir iespējams uzlikt zīmes pludiņa veidā, kas atbilst dažādām blīvuma vērtībām, un atkarībā no tā, cik redzams šāds “pludiņš” ir virs šķidruma virsmas, spriest par šī šķidruma blīvumu.

Rīsi. 3. Hidrometrs

4. Darba kārtība:

4.1. Ielejiet ≈ 250 cm 3 testa šķidruma 1. cilindrā un novietojiet mērtrauku zem cauruma.

4.2. Izmantojot stieni 2, atveriet cilindra atveri, vienlaikus ieslēdzot hronometru.

4.3. Nosakiet laiku τ 1 izplūde no 200 cm3 testa šķidruma cilindra istabas temperatūrā. Mēs atkārtojam eksperimentu vismaz 3 reizes.

4.4. Uzmanīgi noslaukiet cilindru un ielejiet to tajā ar aizvērtu apakšējo caurumu ≈ 250 cm 3 references šķidrums (destilēts ūdens).

4.6. Nosakiet derīguma termiņu τ 2 atsauces šķidrums.

4.7. Lai noteiktu blīvumu ρ, pētāmo šķidrumu ielej augstā mērglāzē. Mēs nolaižam hidrometru glāzē un izmantojam hidrometrisko skalu, lai noteiktu šķidruma blīvumu.

4.8. Nosakiet vidējo derīguma termiņu τ 1sr un τ2sr

τ av = τ " + τ " + ... + τ n , n

kur n ir mērījumu skaits. 4.9. Englera grādu aprēķināšana

°E = τ 1sr.

τ 2sr

4.10. Nosakām kinemātiskās viskozitātes koeficientu ν, izmantojot Ubelodes formulu

ν = (0,0732° Oe− 0,0631° Oe).

4.11. Dinamiskās viskozitātes koeficientu μ atrodam, izmantojot formulu

ν = μ ρ .

4.12. Mērījumu un aprēķinu rezultāti ir apkopoti 1. tabulā un tiek izmantoti, aprēķinot īsu cauruļvadu

1. tabula

5. Secinājumi

Testa šķidruma viskozitāte

Laboratorijas darbs Nr.2 Šķidruma kustības likumu izpēte

1. Darba mērķis: Tēmas “Šķidruma dinamikas un kinemātikas pamati” izpētē izdarīto secinājumu eksperimentāls apstiprinājums, iemaņu apgūšana īsa cauruļvada spiedvada un pjezometriskās līnijas konstruēšanā.

2. Darba programma:

2.1.Noteikt spiedienu H trīs punktos uz caurules ass, atrast spiediena zudumu. 2.2.Noteikt plūsmas ātrumu uz caurules ass.

2.3.Uzzīmējiet kopējā spiediena H un hidrostatiskā spiediena H p izmaiņu grafikus visā caurules garumā.

3. Uzstādīšanas apraksts. Laboratorijas darbi tiek veikti Labklājības un vardarbības departamenta hidrauliskās laboratorijas telpās. Hidrauliskā statīva darba daļa, uz kuras tiek veikts darbs, ir slīpa metāla caurule ar mainīgu šķērsgriezumu (4. att.). Lai mērītu statisko un kopējo šķidruma spiedienu, 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 un 5-5 sadaļās ir uzstādītas pjezometriskās un pitot caurules. Šķidruma plūsmu caurulē regulē vārsts, kas atrodas statīva darba sekcijas galā.

Rīsi. 4. Hidrauliskā statīva darba zonas diagramma

4. Darba kārtība:

4.1. Mēs ieslēdzam instalāciju.

4.2. Atveriet vārstu statīva darba zonas galā.

4.3. Mēs izmērām attālumu starp cauruļu sekcijām l un ordinātu z katrā sekcijā.

4.3. Pēc tam, kad no caurulēm izplūst gaisa burbuļi, mēs ierakstām pjezometra rādījumus

Un Pitot caurules visās sekcijās.

4.4. Izslēdziet instalāciju.

4.5. Enerģijas zudumu noteikšana starp sekcijām

h w 1- 2 = H 1 - H 2, h w 2 - 3 = H 2 - H 3 utt.,

kur h w 1 − 2 – spiediena zudums starp sekcijām 1-1 un 2-2; h w 2 − 3 – spiediena zudums starp sekcijām 2-2 un 3-3; H 1 , H 2 , H 3 – Pito caurules rādījumi sadaļās 1-1, 2-2 un 3-3.

4.6. Atrodiet izmērīto ātruma spiedienu katrā sadaļā

kur H i ir Pito caurules rādījumi attiecīgajā sadaļā; H pi – pjezometriskās caurules rādījumi attiecīgajā sadaļā.

4.7. Nosakiet plūsmas ātrumu uz caurules ass

υ = 2 gh υ .

4.8. Pētījuma rezultāti fiksēti 2. tabulā 2. tabula

Darbnīcā tiek piedāvāti sešpadsmit laboratorijas darbu apraksti disciplīnā "Hidraulika", no kuriem katrs ietver īsu teoriju, ieviešanas vadlīnijas un testa jautājumus. Izziņas materiāls ir iekļauts pielikumā. Terminu vārdnīca sastāv no lietotajiem jēdzieniem un to definīcijām.

Studentiem, kuri studē specialitātē 19060365 “Transporta un tehnoloģisko mašīnu un iekārtu serviss (Autotransports)” un 19050062 “Transportlīdzekļu ekspluatācija”.

PRIEKŠVĀRDS

Autotransporta specialitāšu studentu hidraulikas studijas ietver noteikta apjoma laboratorijas darbu veikšanu. Šajā krājumā ir laboratorijas darbu apraksti un vadlīnijas to īstenošanai.

Laboratorijas darbnīcas mērķis ir studentiem nostiprināt lekciju kursa materiālu, veidot prasmes patstāvīgā darbā ar instrumentiem, veicot eksperimentus, apgūt metodes kustīga šķidruma parametru noteikšanai un aprēķinu veikšanai, kā arī prasmi izdarīt secinājumus, pamatojoties uz iegūtajiem rezultātiem.

Katra uzdevuma izpildei nepieciešamas 2 stundas. Tā kā, apgūstot disciplīnu, atsevišķas sadaļas tiek dotas studentiem patstāvīgai studijai, katra darba metodiskajos norādījumos īsi izklāstīts teorētiskais materiāls.

IEVADS

Hidraulika ir tehniska zinātne, kas pēta šķidrumu mehāniskās īpašības, līdzsvara likumus un kustību. Termins “šķidrums” attiecas gan uz pilienveida, praktiski nesaspiežamiem šķidrumiem, gan gāzveida vai saspiežamu vidi.

Teorētiskā pieeja balstās uz Eilera nepārtrauktības principu, saskaņā ar kuru šķidrums tiek uzskatīts nevis par diskrētu materiāla daļiņu kopumu, bet gan par kontinuumu, t.i. nepārtraukta vai nepārtraukta materiāla vide, kas pieļauj neierobežotu tās daļiņu dalāmību. Šāds matērijas struktūras skatījums ir pieņemams, ja to tilpumu izmēri, kuros aplūkota pētāmā parādība, ir pietiekami lieli, salīdzinot ar molekulu izmēriem un to brīvo ceļu.

Hidraulikā plaši tiek izmantotas eksperimentālās izpētes metodes, kas dod iespēju koriģēt teorētiskos secinājumus, kas novirzās no reālām parādībām.

Praktiskās hidraulikas galvenās sadaļas ir: plūsma caur caurulēm, šķidruma plūsma no urbumiem un sprauslām, plūsmas mijiedarbība ar šķēršļiem, kustība porainā vidē (filtrēšana), kā arī hidrauliskās mašīnas.

LABORATORIJAS DARBI

1. tēma. FIZISKO ĪPAŠĪBU IZPĒTE
ŠĶIDRUMI

Darba mērķis: apgūt šķidrumu blīvuma, termiskās izplešanās, viskozitātes un virsmas spraiguma mērīšanas metodes.

Galvenā informācija

Vielu šķidrā agregāta stāvoklī (šķidrā fāzē) sauc par šķidrumu. Šķidrais agregācijas stāvoklis ir starpposms starp cieto stāvokli, ko raksturo tā tilpuma saglabāšana, virsmas veidošanās un noteikta stiepes izturība, un gāzveida stāvokli, kurā viela iegūst formu trauks, kurā tas atrodas. Tajā pašā laikā šķidrumam ir tikai tā raksturīgā īpašība - plūstamība, t.i. spēja plastiski vai viskozi deformēties jebkādu (arī patvaļīgi mazu) spriegumu ietekmē. Šķidrumu raksturo viskozitātei apgrieztā vērtība.

Šķidruma galvenās īpašības ir blīvums, saspiežamība, termiskā izplešanās, viskozitāte un virsmas spraigums.

Blīvums homogēnas vielas sauc par masas attiecību mšķidrums līdz tā tilpumam W:

ρ = m/ W.

Saspiežamība- šķidruma īpašība samazināt tā tilpumu vienmērīga spiediena ietekmē. Viņa tiek novērtēta saspiežamības koeficients  lpp, kas parāda šķidruma tilpuma relatīvo samazināšanos Δ W/W pieaugot spiedienam Δ ρ par vienību:

βρ = (Δ W/W)/Δ ρ .

Termiska izplešanās– šķidruma īpašība mainīt tilpumu karsējot – raksturota, pastāvīgā spiedienā, tilpuma termiskās izplešanās koeficients  T, kas ir vienāds ar relatīvo tilpuma pieaugumu Δ W/W temperatūras izmaiņu gadījumā  T par vienu grādu:

β T =(Δ W/W)/Δ T.

Parasti, sildot, šķidruma tilpums palielinās.

Viskozitāte(iekšējā berze) - šķidruma ķermeņu īpašība pretoties vienas daļas kustībai attiecībā pret otru. Viņa tiek vērtēta dinamiskās viskozitātes koeficients  , kura izmērs ir Pa∙s. Tas raksturo šķidruma (gāzes) pretestību tā slāņu pārvietošanai.

Kopā ar dinamisko viskozitāti bieži izmanto aprēķinus kinemātiskās viskozitātes koeficientsν, ko nosaka pēc formulas

ν = μ /ρ

un mēra ar m 2 /s vai Stoksa (1 Stoks = 1 cm 2 /s).

Dinamiskās un kinemātiskās viskozitātes koeficientus nosaka šķidruma veids, tie nav atkarīgi no plūsmas ātruma un ievērojami samazinās, palielinoties temperatūrai.

Virsmas spraigums- divu fāžu saskarnes termodinamiskais raksturlielums, ko nosaka atgriezeniskas izotermiskas veidošanās darbs uz šīs virsmas laukuma vienību. Šķidruma saskarnes gadījumā virsmas spraigums tiek uzskatīts par spēku, kas iedarbojas uz virsmas kontūras garuma vienību un kam ir tendence samazināt virsmu līdz minimumam noteiktos fāzes tilpumos. Raksturīgs ar virsmas spraiguma koeficients  , J/m2 = N/m. Jaunas virsmas veidošanas darbs tiek tērēts, lai pārvarētu starpmolekulārās adhēzijas (kohēzijas) spēkus vielas molekulu pārejas laikā no ķermeņa tilpuma uz virsmas slāni. Starpmolekulāro spēku rezultants virsmas slānī nav nulle un ir vērsts tajā fāzē, kurā adhēzijas spēki ir lielāki. Tādējādi virsmas spraigums ir starpmolekulāro spēku nekompensācijas mērs virsmas (starpfāžu) slānī vai brīvās enerģijas pārpalikums virsmas slānī, salīdzinot ar brīvo enerģiju lielapjoma fāzēs.

Blīvuma, saspiežamības koeficientu, tilpuma termiskās izplešanās, kinemātiskās viskozitātes un virsmas spraiguma vērtības 20°C temperatūrā ir norādītas tabulā. Iesnieguma 3.1.

Izpētāmās ierīces apraksts
šķidruma fizikālās īpašības

Ierīce šķidruma fizikālo īpašību izpētei satur 5 vienā caurspīdīgā korpusā izgatavotas ierīces (1. att.), kas norāda eksperimentālo datu apstrādei nepieciešamos parametrus. Ierīces 3–5 sāk darboties pēc ierīces pagriešanas par 180°. Termometrs 1 parāda apkārtējās vides temperatūru un līdz ar to arī šķidrumu temperatūru visās ierīcēs.

Rīsi. 1. Ierīces diagramma:
1 – termometrs; 2 – hidrometrs; 3 – Stoksa viskozimetrs;
4 – kapilārais viskozimetrs; 5 – stalagmometrs

1.1. Koeficienta noteikšana
šķidruma termiskā izplešanās

Termometram 1 (1. att.) ir stikla trauks ar kapilāru, kas piepildīts ar termometrisko šķidrumu, un skala. Tās darbības princips ir balstīts uz šķidrumu termisko izplešanos. Apkārtējās vides temperatūras izmaiņas izraisa atbilstošas ​​izmaiņas termometriskā šķidruma tilpumā un tā līmenī kapilārā. Līmenis skalā norāda temperatūras vērtību.

Termometriskā šķidruma termiskās izplešanās koeficients tiek noteikts, pamatojoties uz domu eksperimentu. Tiek pieņemts, ka apkārtējās vides temperatūra ir palielinājusies no termometra apakšējās (nulles) līdz augšējai robežvērtībai un šķidruma līmenis kapilārā ir palielinājies par l.

Lai noteiktu termiskās izplešanās koeficientu, ir nepieciešams:

2. Aprēķiniet termometriskā šķidruma tilpuma pieaugumu

Δ W = π r 2 l,

Kur r– termometra kapilāra rādiuss (norādīts uz termometra).

3. Ņemot vērā sākotnējo (pie 0°C) termometriskā šķidruma tilpumu W(vērtība norādīta uz termometra) atrodiet termiskās izplešanās koeficientu β T = (Δ W/W)/Δ T un salīdziniet to ar atsauces vērtību β T* (P. 3.1. tabula). Ievadiet tabulā izmantoto daudzumu vērtības. 1.

1. tabula

1.2. Šķidruma blīvuma mērīšana ar hidrometru

Hidrometrs 2 (1. att.) tiek izmantots, lai noteiktu šķidruma blīvumu, izmantojot pludiņa metodi. Tas ir dobs cilindrs ar milimetru skalu un svaru apakšā. Pateicoties svaram, hidrometrs peld testa šķidrumā vertikālā stāvoklī. Hidrometra iegremdēšanas dziļums ir šķidruma blīvuma mērs, un to nolasa no skalas gar šķidrā meniska augšējo malu ap hidrometru. Parastos hidrometros skala ir graduēta pēc blīvuma vērtībām.

Darba laikā nepieciešams veikt šādas darbības:

1. Izmēriet iegremdēšanas dziļumu h hidrometrs milimetru skalā uz tā.

2. Aprēķiniet šķidruma blīvumu, izmantojot formulu

ρ = 4m/(πd 2 h),

Kur m Un d– hidrometra masa un diametrs (vērtības norādītas uz hidrometra).

Šo formulu iegūst, pielīdzinot hidrometra gravitāciju G = mg un peldošais (Arhimēda) spēks F A = ρ gW, kur ir hidrometra iegremdētās daļas tilpums W = hπd 2 /4.

3. Salīdziniet eksperimentālā blīvuma vērtību  ar atsauces vērtību  * (P. 3.1. tabula). Izmantoto daudzumu vērtības ir apkopotas tabulā. 2.

2. tabula

Novērojumu un aprēķinu rezultāti

Vai jums patika raksts? Dalies ar draugiem! Kopīgojiet tālāk Facebook Izlasi arī Kuras auzu pārslas ir labākās? Lielā pelde: kā dzīvot dzīvojamajā kompleksā “Ladya Residential complex Ladya” SIA "ppf dzīvības apdrošināšana" Kasimova Khanate (Kasimovas karaliste) Viss par pikanto čatniju - smaržīga mērce ar indiešu raksturu Kas ir čatnijs un kā to pagatavot Biskvīta rullītis ar krēmīgu biezpiena krēmu un glazūru Krēmveida vārītu krēmu receptes biskvīta rullīšai Kā pagatavot jēru folijā cepeškrāsnī: receptes Kečups mājās Tops