Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по гидравлике - файл Методические указания по лабораторным работам. Гидравлика.ВГУЭС.doc


Загрузка...
Лекции по гидравлике
скачать (4357.7 kb.)

Доступные файлы (12):

Лекции 2, 3[1]. БАЗОВЫЕ УРАВНЕНИЯ И ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА.ppt923kb.06.03.2009 23:12скачать
Лекции 5, 6[1]. Динамика идеальной жидкости.ppt487kb.06.03.2009 23:13скачать
Лекция 10[1]. Струйные насосы.ppt377kb.06.03.2009 23:17скачать
Лекция 11[1]. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. Лопастные насосы.ppt777kb.06.03.2009 23:18скачать
Лекция 1[1]. Гидравлика. Введение. Свойства жидкостей. Силы.ppt1242kb.25.03.2009 22:10скачать
Лекция 12[1]. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. Центробежные насосы. Часть 2.ppt757kb.06.03.2009 23:20скачать
Лекция 13[1]. Вихревые насосы.ppt356kb.06.03.2009 23:21скачать
Лекция 14[1]. Гидродинамические передачи. Часть 1.ppt598kb.06.03.2009 23:22скачать
Лекция 4[1]. ГИДРОСТАТИКА.ppt356kb.06.03.2009 23:12скачать
Лекция 7[1]. Динамика вязкой несжимаемой жидкости.ppt1568kb.06.03.2009 23:15скачать
Лекция 8[1]. Турбулентное течение.ppt471kb.06.03.2009 23:16скачать
Методические указания по лабораторным работам. Гидравлика.ВГУЭС.doc1386kb.19.03.2009 22:12скачать

Методические указания по лабораторным работам. Гидравлика.ВГУЭС.doc

  1   2   3   4   5
Реклама MarketGid:
Загрузка...

УСТРОЙСТВО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СТЕНДА


Гидравлический стенд выполнен в напольном исполнении. Внешний его вид представлен на рис. 1, а схема приведена на рис. 2.





Рис. 1. Стенд гидравлический:

а – вид спереди; б – вид сверху

В состав стенда входят: стол 1, щит пьезометров 2, впускной коллектор 3, ротаметры 4, напорная магистраль 5 с встроенной диафрагмой 6, бак 7 с насосом 8 и помпой 9, делительная воронка 10, комплект исследуемых модулей М1 – М8.

На поверхности стола 1 закреплены два ротаметра 4 (Р1 и Р2), верхние фланцы которых с помощью трубопроводов подведены к напорной магистрали 5. Нижние фланцы ротаметров 4 через трубопроводную арматуру (вентили В1 и В2) соединены с насосом 8 (H1).

В напорную магистраль 5 вмонтирована мерная диафрагма 6, контрольные точки которой с помощью гибких трубок соединены с пьезометрическими трубками щита пьезометров 2.

Напорная магистраль 9 подведена к коллектору 3.

Щит пьезометров 2 установлен вертикально на задних стойках стола 1.

На щите пьезометров 2 расположены панель управления 13, четыре группы пьезометров 14 – 17, штатив с делительной воронкой 10 и панель для информации 18. На панели управления 13 размещены клавиши включения сети, насоса H1 и помпы Н2.

Каждая из четырех групп пьезометров 14 – 17 состоит из прозрачных пьезометрических трубок, верхние концы которых объединены между собой общими коллекторами 19. В коллекторах 19 выведены гибкие сливные трубки с зажимами для выравнивания давлений в пьезометрах.

Нижние концы пьезометрических трубок каждой группы пьезометров соединены с соответствующими штуцерами диафрагмы 6 и штуцерами исследуемых модулей M1 – М3 и М5 – М7.

Возле каждой пьезометрической трубки расположены измерительные линейки.

Первая группа пьезометров 14 состоит из двух пьезометрических трубок и соединена с диафрагмой 6, вторая группа 15 – из двух пьезометров соединена с модулем М1, третья группа 16 – из двенадцати пьезометров соединяется с модулями М2, Мб и М7, четвертая группа 17 – из одиннадцати пьезометров соединяется с модулями М3 и М5.



Рис. 2. Схема гидравлического стенда

Впускной коллектор 3 может комплектоваться одним, двумя либо тремя модулями, из комплекта исследуемых модулей:

  • модуль М1 – "Потери напора по длине в круглой трубе", представляющий собой круглую трубу, по длине которой расположен ряд отверстий, снабженных штуцерами, для определения давлений в исследуемых сечениях;

  • модуль М2 – "Потери напора на внезапном расширении", представляющий собой круглую трубу с участком местного сопротивления в виде внезапного расширения и имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых сечениях

  • модуль М3 – "Диаграмма Бернулли", представляющий собой круглую трубу с участком «трубы Вентури» и имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках;

  • модульМ5 – "Потери напора на внезапном сужении", представляющий собой круглую трубу с участком местного сопротивления в виде внезапного сужения и имеющую ряд отверстий снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых сечениях;

  • модуль Мб – "Потери напора на диафрагме", представляющий собой круглую трубу со встроенной диафрагмой и имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках;

  • модульМ7 – "Потери напора на дросселе", представляющий собой круглую трубу с дроссельным регулятором расхода (затво­ром) и имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках.

Впускной коллектор 3 жестко закреплен на столешнице. В него вмонтированы три вентиля В8 – В10, к которым через резьбовые втулки с помощью накидных гаек подсоединяются исследуемые модули.

Вход модуля 20 (М4 – модуль "Режимы течения") жестко закреплен на столешнице и подведен гибким шлангом к помпе 9 (Н2).

Модуль М4 – «Режимы течения» представляет собой круглую трубу с встроенной на входе капиллярной трубкой для подачи подкрашенной жидкости.

Капиллярная трубка модуля М4 через капельницу 21 с вентилем В7 соединена с делительной воронкой 10, в которую заливается подкрашенная жидкость.

Выходы модулей М1 – М7 с помощью накидных гаек через резьбовые втулки соединены с выпускными вентилями В3 – В6, к которым подведены сливные шланги. Выпускные вентили В3 – В5 закреплены на столешнице и имеют возможность легко демонтироваться для быстрой замены исследуемых модулей.

Модули М1 – М7 представляют собой прозрачные трубки, выполненные из оргстекла. На входе и выходе каждого модуля установлены резиновые уплотнительные кольца.

Контрольные точки модулей, установленных в коллектор 3, через штуцера соединены гибкими трубками с соответствующими группами пьезометров 15 – 17 на щите пьезометров 2.

На поверхности стола 1, под модулями расположен поддон, выполненный из оргстекла.
^

ДИАГРАММА УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ.

Цель работы


Визуальное наблюдение изменения составляющих полного напора потока жидкости в трубе переменного сечения. Приобретение навыков гидравлического эксперимента. Закрепление лекционного материала по теме «Уравнение Бернулли».
^

1. Общие сведения


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).

Уравнение Даниила Бернулли, полученное им в 1738 году, представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения энергии, записанного для потока жидкости, и является фундаментальным законом механики. Оно устанавливает количественную связь между скоростью потока жидкости, давлением в нём и пространственным положением потока в поле сил тяжести.

Для произвольно выбранного сечения элементарной струйки идеальной жидкости уравнение Д. Бернулли имеет вид

, (1)

где z – отметка центра сечения струйки; p – давление в данном сечении струйки; V – скорость течения струйки в данном сечении; – удельный вес жидкости; g – ускорение свободного падения.

Сумма этих трёх слагаемых составляет полный напор струйки. Все три слагаемых могут изменяться, но так, что сумма их, или полный напор, остаётся неизменной. Это справедливо только для идеальной среды (жидкости или газа) вследствие полного отсутствия у неё вязкости.

Все реальные жидкости и газы обладают вязкостью, и поэтому вышеприведенное уравнение Бернулли для них требует корректировки.

Для двух произвольно выбранных сечений 1 и 2 потока реальной жидкости уравнение Бернулли в свёрнутом виде с учетом сил вязкости имеет вид:

, (2)

где Н1 и Η2 – полные напоры потока жидкости в сечениях 1 и 2; hпот – суммарные потери напора между сечениями 1 и 2. Эти потери представляют собой необратимые затраты энергии (напора) потока жидкости на перемешивание жидкости, водовороты, завихрения и на преодоление сил вязкости (сил трения). Поэтому всегда напор потока реальной жидкости или газа по ходу течения уменьшается.

Уравнение (2) в развёрнутом виде запишется так:

, (3)

где z1 и z2 – отметки центров сечений 1 и 2, м; p1 и p2 – давления в сечениях 1 и 2, Па; V1 и V2 – средние скорости в сечениях 1 и 2, м/с; 1 и 2 – коэффициенты Кориолиса; γ – удельный вес жидкости, Н/м3; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; hпот – потери напора между сечениями 1 и 2, м.

При вычислении скоростного напора потока реальной жидкости по средней скорости возникает ошибка. Для её компенсации вводят поправочный коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса) , который вычисляют по формуле

. (4)

Коэффициент Кориолиса представляет собой отношение действительной кинетической энергии потока жидкости (числитель в формуле (4)) к кинетической энергии потока, вычисленной по средней скорости потока. Величина коэффициента Кориолиса зависит от режима течения жидкости: при ламинарном режиме он равен двум, а при развитом турбулентном режиме он изменяется в пределах 1,05 – 1,02 и для упрощения расчетов его принимают равным единице.

С энергетической точки зрения, составляющие полного напора в уравнениях (1) и (3) представляют собой:

z – удельную, отнесенную к единице весового расхода жидкости, потенциальную энергия положения. Её называют геометрическим (нивелирным) напором;

p/γ – удельную, отнесенную к единице весового расхода жидкости, энергию давления. Её называют пьезометрическим напором;

V2/(2g) – удельную, отнесенную к единице весового расхода жидкости, кинетическую энергия. Её называют скоростным напором.

Геометрический и пьезометрический напоры в сумме составляют гидростатический напор, т.е.

.

Составляющие полного напора жидкости в уравнении Бернулли в геометрической интерпретации показаны на рис. 1 в виде отрезков со стрелками. Отрезок с пометкой z показывает высоту расположения центра сечения относительно горизонтальной плоскости отсчета 0 – 0. Отрезок с пометкой р/ показывает высоту подъёма жидкости в пьезометре, а отрезок с пометкой V2/(2g) соответствует скоростному напору (высоте) и равен разности показаний трубки Пито и пьезометра. Сумма этих трех отрезков на диаграмме составляет полный напор Н. Следует обратить внимание на то, что полный напор потока жидкости в сечении 2 Н2 всегда меньше напора в сечении 1 H1 на величину суммарных потерь напора hпот.

Если к трубопроводу подключить много пьезометров и трубок Пито, и провести по уровням жидкости в пьезометрах непрерывную линию РР, то получим пьезометрическую линию, или линию пьезометрического напора. Если же соединить непрерывной линией NN уровни жидкости в трубках Пито, то мы получим линию полного напора.

Линия полного напора NN не может пересекать линию пьезометрического напора ΡΡ. В противном случае это означало бы равенство нулю скорости потока в точке пересечения, что невозможно для неразрывного потока жидкости.

Если трубопровод по всей длине имеет постоянный диаметр, то линии РΡ и NN параллельны между собой, так как средняя скорость потока жидкости, а следовательно, и скоростной напор, остаются постоянными по длине трубопровода.

Уравнение Бернулли не соблюдается в следующих случаях:

  • при неустановившемся течении жидкости;

  • в случае течения с разрывами (нарушения сплошности потока);

  • при сильной деформации потока;

  • для течений, сопровождаемых фазовыми превращениями.



Рис. 1. Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли
^

2. Порядок выполнения измерений.


Работа проводится на модуле МЗ (рис. 2).



Рис. 2. Модуль Μ 3 «Диаграмма Бернулли»

Для выполнения работы необходимо:

  • включить насос HI 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.


Вычислить площади сечений I–XI по величине их диаметров (даны в таблице);

.

По результатам измерений следует вычислить скорость в каждом i–м сечении трубы Вентури

,

а затем скоростной напор

.

Таблица опытных и расчетных данных

№/№ п/п

Наименования величин

Обозначения

Единицы измерения

Сечения трубопровода

I

II

III

IV

V

VI

VII

VII

IX

X

XI

1

Объёмный расход

Q

м3




2

Пьезометрический напор

p/

м


































3

Диаметр сечения

d

мм


































4

Площадь сечения

s

м2


































5

Средняя скорость

V

м/с


































6

Скоростной напор

V2/(2g)

м


































7

Потери напора

hпот

м


































На чертеж нанести:

  • профиль трубы Вентури в масштабе;

  • пьезометрические напоры для каждого i–го сечения: , откладывая их от оси трубы; вычертить пьезометрическую линию;

  • добавив к пьезометрическим напорам в соответствующих точках скоростные напоры, провести линию энергии (линию полного напора);

  • провести напорную плоскость (горизонтальную прямую) на уровне ординаты линии энергии первого пьезометра (H0) и обозначить потери напора (энергии) между этим сечением и любым, расположенным ниже по течению;

  • исходя из уравнения Бернулли, в каждом сечении определить потери напора по формуле

.



Рис.3. Пример построения диаграммы Бернулли

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

Вопросы для самоконтроля


  1. Когда линии полного и пьезометрического напоров параллельны?

  2. Как связаны между собой давление и скорость потока жидкости?

  3. Когда линии полного и пьезометрического напора сближаются?

  4. Почему напор потока вязкой жидкости по ходу течения убывает?

  5. Что представляет собой коэффициент Кориолиса?

  6. Могут ли пересекаться линии полного и пьезометрического напора?

  7. Что такое гидравлический уклон?

  8. К какому выражению приводится уравнение Бернулли в случае неподвижной жидкости?
  1   2   3   4   5



Скачать файл (4357.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru