Файл: Н.М. Скорняков Гидромеханика. Методические указания к выполнению лабораторных работ №1, 2, 3, 4, 5.pdf

2

1. Общие положения

В курсе «Гидромеханика» («Гидравлика») студенты выполняют лабораторные работы, чтобы ознакомиться с основными законами гидромеханики и научиться выполнять несложные экспериментальные исследования и расчеты гидравлических систем.

Цель данной работы - ознакомление с видами потерь энергии из-за деформации потока, получение навыков определения потерь напора в местных гидравлических сопротивлениях и коэффициентов местных сопротивлений.

2. Требования к выполнению лабораторной работы

Лабораторная работа должна быть результатом самостоятельной и творческой работы студента. Все режимы работы экспериментальных установок, а также требуемые замеры выполняет студент.

Техническое оформление лабораторной работы должно соответствовать ЕСКД.

Отчет по лабораторной работе должен быть написан на одной стороне листов формата А4 и отличаться краткостью и ясностью изложения, без сокращения фраз и ненужных пояснений. В начале отчета должен быть титульный лист установленного образца. По согласованию с преподавателем допускается оформление отчетов в ученических тетрадях.

После защиты лабораторной работы отчет хранится на кафедре.

3. Содержание отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1) цель работы;

2)схему и краткое описание конструкции лабораторной установки;

3)порядок выполнения экспериментов;

4)расчетные формулы по обработке результатов замеров;

5)таблицы замеров и результатов расчетов, а также необходимые графики и диаграммы.

4. Методические указания по выполнению лабораторной работы

4.1. Теоретические положения

Местным гидравлическим сопротивлением называется короткий участок трубопровода, на котором происходят изменения величины или направления скоростей потока из-за изменения конфигурации его твер-

3

дых границ, т. е. поток деформируется. При протекании жидкости через местное сопротивление происходит отрыв потока от стенок, образуя области, в которых обычно возникают крупные вихри.

Наиболее типичные местные гидравлические сопротивления и характер движения жидкости в них приведены на рис.1.

Рис.1. Схемы местных гидравлических сопротивлений

Как показывают опыты, в большинстве случаев гидравлические потери приблизительно пропорциональны скорости течения жидкости во второй степени. Поэтому принято представлять гидравлические потери полного напора в виде

hм = ξ V2g2 ,

где V – средняя по живому сечению скорость в трубе, в которой установлено данное местное сопротивление; ξ − безразмерный коэффициент потерь.

Приведенная формула называется формулой Вейсбаха.

4

Если на рассматриваемом местном сопротивлении происходит изменение поперечного сечения потока, то меняется и скорость потока V. В этом случае в формулу Вейсбаха подставляется большая из двух скоростей на данном местном сопротивлении.

Коэффициент потерь ξ в основном зависит от геометрических параметров местного сопротивления, числа Рейнольдса Re и шероховатости стенок трубопровода. Влияние этих факторов в настоящее время еще полностью не изучено. Поэтому коэффициент потерь ξ определяется экспериментально и только в ряде случаев имеется теоретическое реше-

ние [1, 3, 5, 6].

При ламинарном режиме течения жидкости (Re ≤ 10 ) потери напора в основном обусловлены вязкостным сопротивлением и прямо пропорциональны скорости потока, являясь функцией Re.

При Re ≥ 105 имеет место турбулентная автомодельность, т. е. потери напора пропорциональны скорости потока во второй степени (квадратичная зона сопротивления). При этом вязкость жидкости незначительно влияет на потери напора, а коэффициент потерь имеет практически постоянную величину, независящую от Re.

4.4.2. Экспериментальная часть

А. Лабораторная установка

Лабораторная установка состоит (рис.2) из напорного бака 1, входного 2 и выходного 4 коллекторов, вентиля 5 и мерного бака 6. Входной и выходной коллекторы служат для установки испытуемого местного сопротивления 3 (на рис.2 показано внезапное сужение). Соединение при помощи фланцев. На входе и выходе местного сопротивления при помощи гибких трубок подсоединены измерительные пьезометры.

Для исключения вытекания жидкости из напорного бака при монтаже и демонтаже местного сопротивления установлен входной вентиль

7.

Б. Порядок проведения опытов

В данной работе исследуются попарно шесть местных сопротивлений по файлу «Местные сопротивления» :

-внезапное расширение и диффузор (лист 1);

-внезапное сужение и конфузор (лист 2);

-внезапный и плавный повороты (лист3).

5

Эксперименты проводятся последовательно с каждой парой местных сопротивлений.

Рис.2. Схема лабораторной установки

1. Внезапное расширение и диффузор

Открыть лист1 файла «Местные сопротивления» и ввести исходные данные, заданные преподавателем:

-диаметр входа d1 в ячейку Н38;

-диаметр выхода d2 в ячейку K38;

-параметр регулирования (величину открытия) вентиля Uв в ячейку

О38.

Снять показания измерительных пьезометров с диаграмм обоих местных сопротивлений и приращение уровня жидкости в мерном баке за

опыт ∆ h из ячейки R38. Результаты занести в соответствующие графы табл.1. Это первый замер первого опыта.

Второй и последующие замеры данного опыта отличаются от первого изменением диаметра d2 .

6

Второй и третий опыты проводят путем изменения параметра регулирования вентиля Uв.

2. Внезапное сужение и конфузор

Открыть лист 2 файла «Местные сопротивления» и ввести исходные данные, заданные преподавателем:

-диаметр входа d1 в ячейку М37;

-диаметр выхода d2 в ячейку P37;

-параметр регулирования (величину открытия) вентиля Uв в ячейку

U37.

Снять показания измерительных пьезометров с диаграмм обоих местных сопротивлений и приращение уровня жидкости в мерном баке за

опыт ∆ h из ячейки X37. Результаты занести в соответствующие графы табл.2. Это первый замер первого опыта.

Второй и последующие замеры данного опыта отличаются от первого изменением диаметра d1.

Второй и третий опыты проводят путем изменения параметра регулирования вентиля Uв.

7

2. Внезапный и плавный повороты

Открыть лист 3 файла «Местные сопротивления» и ввести исходные данные, заданные преподавателем:

-диаметр трубы d в ячейку М40;

-радиус кривизны отвода R в ячейку Q40;

-угол поворота α в ячейку U40;

-параметр регулирования вентиля Uв в ячейку I 40.

Снять показания измерительных пьезометров с диаграмм обоих местных сопротивлений и приращение уровня жидкости в мерном баке за опыт ∆ h из ячейки Y40. Результаты занести в соответствующие графы табл.3. Это первый замер первого опыта.

Второй и последующие замеры данного опыта отличаются от первого изменением угла поворота α .

Второй и третий опыты проводят путем изменения параметра регулирования вентиля Uв.