- •Введение
- •Свойства жидкостей
- •Силы, действующие в жидкости
- •Основное уравнение гидростатики
- •Основные уравнения гидромеханики. Уравнение расхода. Уравнение бернулли
- •Гидравлические потери. Коэффициент сопротивления. Коэффициент сопротивления трения.
- •Гидродинамические измерения и приборы
- •Лабораторная работа №1 режимы течения жидкости
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Лабораторная работа №2 исследование изменения гидродинамического напора по длине трубопровода переменного сечения
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №3 определение коэффициента гидравлического сопротивления трения
- •Общие сведения
- •Определение коэффициента сопротивления трения при ламинарном режиме течения Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Определение коэффициента сопротивления трения при турбулентном режиме течения Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №4 потери гидродинамического напора в местных сопротивлениях
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов Объёмный расход жидкости для каждого эксперимента определяется по формуле
- •Лабораторная работа №5 Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •Общие сведения
- •Перепишем уравнение (52) в виде
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Лабораторная работа №6 гидравлический удар в трубопроводе
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Лабораторная работа №7 характеристики центробежного насоса
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Лабораторная работа №8 кавитационная характеристика центробежного насоса
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 9 характеристики объемных насосов
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Лабораторная работа № 10 характеристики гидроаккумулятора
- •Общие сведения
- •Расчет процесса разрядки гидроаккумулятора
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Лабораторная работа №11 характеристики фильтра гидросистемы
- •Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов экспериментов.
- •Контрольные вопросы Вводное занятие
- •Лабораторная работа № 1
- •Лабораторная работа № 2
- •Лабораторная работа № 3
- •Лабораторная работа №4
- •Лабораторная работа № 5
- •Лабораторная работа № 6
- •Лабораторная работа # 7, 8
- •Лабораторная работа № 9
- •Лабораторная равота №10
- •Лабораторная работа №11
Описание экспериментальной установки
Лабораторная установка (рис. 22) состоит из прямоугольной емкости 1, на боковой стенке которой установлен фланец 4 для крепления сменных дисков с отверстиями или насадками различной формы.
Емкость заполняется из водопроводной сети через вентиль 10. Управление истечением через отверстие в стенке производится поворотом рукоятки 11, на которой установлена заглушка 3. Уровень воды в емкости измеряется пьезометром 2. Вентиль 9 служит для поддержания заданного уровня в емкости. Координата осевой линии струи измеряется с помощью устройства, состоящего из перемещаемой вдоль линейки 7 платы 5 со штырем 6.
Порядок выполнения работы
Установить и закрепить на фланце 4 диск с исследуемым отверстием.
Повернув рукоятку 11, открыть отверстие 4.
Вентилями 9 и 10 поддерживать постоянный уровень воды в емкости 1. Перемещая плату 5, подвести штырь 6 к оси струи, измерить по линейке 7 и записать координату х. Координата у постоянна и равна 20 см.
Произвести измерение расхода объемным методом, записав объем воды в мерной емкости W,см3 и время ее заполнения т, с
Уменьшить уровень воды в емкости на 8-10 см. Повторить пункты 1-5 для пяти-шести уровней воды в емкости.
Сменить диск повторить пп.1-6.
Измерить и записать температуру воды t, ,
Закрыть вентили 9 и 10.
Обработка результатов экспериментов
Определить скорость жидкости б струе, истекающей из отверстия в тонкой стенке, воспользовавшись системой уравнений описывающих движение горизонтально брошенного тела
Откуда
Здесь х и у – координаты точек струи.
Теоретическая скорость истечения вычисляется по формуле (55) в виде
Коэффициент скорости находится как отношение этих скоростей
Подсчитав теоретический и действительный расходы жидкости, находим коэффициент расхода по формуле (57)
а затем и коэффициент сжатия струи .
По теоретической скорости истечения и диаметру отверстии вычисляем число Рейнольдса
Результаты эксперимента и расчет оформить в виде таблицы имеющей следующие колонки:
Построить графики и случая истечения жидкости из отверстия в тонкой стенке.
Лабораторная работа №6 гидравлический удар в трубопроводе
Цель работы: ознакомление с явлением гидравлического удара, определение величины ударного давления и скорости распространения ударной волны при внезапном закрытии трубопровода, а также зависимости ударного давления от времени закрытия трубопровода при неполном гидроударе.
Общие сведения
Рассмотрим движение идеальной жидкости со скоростью при давлениипо трубопроводу с абсолютно упругими стенками длиной(рис. 23, а). При резком перекрытии трубопровода из-за внезапной остановки жидкости произойдет увеличение давления у заглушки. Соседние движущиеся слои жидкости, наталкиваясь на неподвижные, также останавливаются. В результате возникает ударная волна, движущаяся от заглушки (рис. 23. б). Фронт ударной волны движется вверх по потоку со скоростью, величина которой зависит от упругих свойств жидкости и стенок трубопровода
где К - модуль объемной упругости жидкости;
р – плотность жидкости;
Е – модуль упругости материала стенок трубопровода;
d – внутренний диаметр трубопровода;
δ – толщина стенки трубопровода.
Величина повышения давления при гидравлическом ударе определяется по формуле Н. Е. Жуковского
Увеличение давления в жидкости связано с инерционными свойствами. При остановке кинетическая энергия движения жидкости переходит в потенциальную энергию давления и потенциальную энергию деформации стенок трубопровода. Деформация стенок трубопровода является следствием повышения давления в остановившейся жидкости.
Двигаясь со скоростью а, ударная волна за время l /а дойдет до емкости (рис. 23, в). В этот момент жидкость в трубопроводе неподвижна, давление в нем (P+=P0+ΔPуд) больше, чем давление в емкости, а сам трубопровод находится в деформированном состоянии. Кинетическая энергия движущейся жидкости перешла в потенциальную энергию давления. Все эти факторы приводят к тому, что жидкость из трубопровода избыточным давлением выталкивается в емкость со скоростью , трубопровод принимает первоначальные размеры (рис. 23, г.), давление уменьшается до исходного. Волна, двигаясь со скоростью а, к моменту временидоходит до заглушки (рис. 23, д). В этот момент времени жидкость движется со скоростьюпри давлении, но направление движения противоположно исходному. Вытекающая из трубопровода жидкость в силу инерции стремится оторваться от задвижки. Это приводит к возникновению волны разрежения, снижению давления до величины(при, где– давление паров насыщения жидкости при данной температуре). Скорость жидкости обращается в нуль, происходит сжатие стенок трубопровода (рис.23,е). Этот процесс заканчивается к моменту времени(рис.23, ж). Жидкость неподвижна.
Здесь необходимо отметить, что если то давление разрежениявсегда равно давлению насыщения
Так как давление в трубопроводе меньше давления в емкости то жидкость начинает втекать в трубопровод, возникает ударная волна, движущаяся от емкости к задвижке. За ударной волной давление в жидкости, движущейся со скоростью равно(рис.23, з). К моменту времениволна доходит до задвижки. Картина вернулась к исходному состоянию (рис. 23, а) в момент перекрытия трубопровода. Процесс повторяется.
Диаграмма изменения давления перед задвижкой представлена на рис. 24 сплошной линией. При течении реальной жидкости из-за потерь энергии как в жидкости, так и в трубопроводе колебания будут существенно затухающими (пунктирная кривая).
По этой диаграмме можно определить скорость ударной волны
Средние значения скорости ударной волны для труб из различных материалов равны (в м/с):
стальные – 1200
чугунные – 1000
деревянные – 300-400
резиновые – 17-28
Из формулы Жуковского (59) следует, что избыточное давление гидравлического удара зависит только от параметров жидкости и материала трубопровода и не зависит от времени закрытия трубопровода в том случае, когда время его перекрытия меньше времени двойного пробега ударной волной длины трубопровода, . Иначепроисходит непрямой гидравлический удар. Ударное давление при этом определяется по уравнению
При непрямом гидроударе ударное давление ниже, чем при прямом. Эта возможность широко применяется в технике как одна из мер борьбы с вредным воздействием ударного давления на гидросистемы.