- •ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТИ
- •1.1. Структура дисциплины
- •1.2. Общая постановка задач
- •1.3. Основные физические свойства жидкостей и газов
- •1.4. Модели жидкостей и газов
- •1.5. Силы и напряжения, действующие на жидкий объем
- •1.6. Режимы течения
- •1.7. Динамический пограничный слой
- •2.1. Абсолютное и относительное равновесие жидкости
- •2.3. Основное дифференциальное уравнение статики жидкостей и газов
- •2.4. Основная формула гидростатики
- •2.5. Сила давления жидкости на плоскую стенку
- •2.6. Закон Архимеда
- •2.7. Равновесие газов. Международная стандартная атмосфера
- •3.1. Основные определения кинематики
- •3.2. Методы исследования движения жидкости и газа
- •3.3. Уравнение неразрывности потока
- •3.4. Скорость движения жидкой частицы
- •4.1. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости в форме Эйлера
- •Граничные и начальные условия
- •4.3. Уравнение количества движения
- •4.4. Уравнение момента количества движения
- •4.5. Уравнение Бернулли
- •4.6. Уравнение Бернулли для элементарной струйки вязкой жидкости
- •5.1. Потери на трение (потери по длине)
- •5.2. Местные гидравлические сопротивления
- •5.3. Истечение жидкости из отверстий и насадков
- •5.3.2. Истечение жидкости через затопленное отверстие (истечение под уровень)
- •5.3.3. Струйная форсунка
- •5.4. Гидравлический расчет трубопроводов
- •5.4.1. Простой трубопровод
- •5.4.2. Сложные трубопроводы
- •5.4.3. Трубопровод с насосной подачей жидкости
- •6.1. Анализ размерностей
- •6.2. Физическое подобие. Критерии подобия
- •7.1. Механизм потери устойчивости ламинарного течения
- •7.2. Пульсационное и осредненное движение потока
- •7.3. Дополнительные (кажущиеся) турбулентные напряжения
- •7.4. Полуэмпирическая теория пути перемешивания
- •8.2. Численный эксперимент
- •Рис 8.3. Отрывные и безотрывные диффузоры
- •Конструктивные особенности ГС-3М
- •Технические данные гидростенда
- •I. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ЖИДКОСТИ
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчета
- •Список использованных источников
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы к работе
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отсчёта
- •Контрольные вопросы к работе
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отсчёта
- •Контрольные вопросы
- •Теоретические основы эксперимента
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Содержание отсчёта
- •МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 8
- •Составители: В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, Е.А. Рамзаева
- •Теоретические основы работы
- •Описание лабораторной установки
- •Методика проведения эксперимента
- •Обработка результатов эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Построение трубки Вентури в программе Компас-График
- •Замечание: для точного моделирования образования пузырьков пара их роста, распада и обратного перехода в воду необходимо применять нестационарный расчёт. При таком допущении может наблюдаться картина кавитации, несколько отличающаяся от реальной.
- •2.2. Включите многофазную модель с эффектами кавитации:
- •Рис. В.10.25. Выбор k-ε в качестве модели турбулентности
- •Выберите из базы данных FLUENT материалы для двух фаз: воды и водяного пара:
- •Войдите в базу данных, нажав кнопку «Fluent database...».
- •Проверим объёмное содержание второй фазы.
- •В панели «Boundary Conditions» (Граничные условия) выберите vapor (пар) из списка «Phase» (Фазы) и нажмите «Set...». Оставьте по умолчанию «Volume Fraction» (Объёмное содержание) равным 0.
- •3.2. Отображение невязки при решении:
- •3.3. Определение решения от давления на входе:
- •Нажмите «Init» для определения решения.
- •В опциях отметьте «Filled» (Заливка). Уровень градиента цветов «Levels» установите 100.
- •При необходимости пересчет численных значений проводится нажатием кнопки «Compute» (Подсчитать).
- •Гидростатика
- •Кинематика и динамика жидкости
- •Рейтинг по основам механики жидкости
ного сечения различают кроме основных ещё и входные (начальные) участки.
Жидкость при втекании из неограниченной ёмкости во входной участок трубы вначале имеет равномерное распределение скоростей в поперечном сечении (рис. А.4.4.).
Рис. А.4.4. Схема развития течения жидкости на начальном участке трубы
Порядок выполнения работы
1. Для записи показаний приборов и результатов вычислений заготавливается протокол эксперимента.
Образец протокола эксперимента
Измеряемые |
Вычисляемые величины |
|
величины |
||
|
||
|
|
|
|
|
tH2O |
|
|
|
|
hrоп , |
on |
o |
|
|
λpac |
№сеч |
h, водмм. ст. |
,Qл/с |
°C |
/с |
,Sм |
с |
Участки |
Дж/кг |
ξ м |
λ |
/с |
Re |
|
|
м,Q |
с |
|
|
м,ν |
|
|||||||
|
|
|
|
3 |
2 |
/ м |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1-2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2-3 |
|
|
- |
|
- |
- |
3 |
|
|
|
|
|
|
3-4 |
|
|
- |
|
- |
- |
4 |
|
|
|
|
|
|
4-5 |
|
|
- |
|
- |
- |
5 |
|
|
|
|
|
|
5-6 |
|
|
- |
|
- |
- |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
186
2.Измерить давление рн и температуру tн воздуха в помещении лаборатории.
3.Проверить готовность установки к эксперименту. При этом сливной вентиль 5 [4] должен полностью открыт, дополнительный сливной вентиль 6 и вентиль автономного режима 9 закрыты, трубопровод и рабочий участок заполнены водой.
4.Установить режим течения воды, открывая вентиль подачи воды 8 и регулируя расход её вентилем 18 [4]. Во время эксперимента эксперимента регулируя вентилем 8 поддерживать постоянным давление в ресивере, так как движение жидкости должно быть установившемся.
5.Измерить высоты h столбиков жидкости в пьезометрах, соединённых с приёмниками статического давления в шести сечениях трубы рабочего участка гидростенда.
6.Измерить расход воды ротаметром.
7.Измерить температуру воды ртутным термометром, помещая его в струю вытекающей воды из рабочего участка гидростенда.
8.Закрыть вентиль 8 подачи воды и вентиль 18 регулирования расхода [4].
9.Результаты всех измерений записать в протокол.
Обработка результатов эксперимента
1. Определить площадь потока жидкости S м2 в шести сече-
ниях
S = πd2/4 ,
где d - внутренний диаметр трубы в сечении.
2.Определить расход воды Q в м3/с по результату измерения его ротаметром.
3.Подсчитать из формулы (2) среднюю скорость потока жидкости в каждом сечении в отдельности.
187
4. Подсчитать из формулы (1) экспериментальные значения потерь энергии на трение hтроп в Дж/кг на участке 1-2 и местных по-
терь hмоп в Дж/кг на каждом участке в отдельности.
5. Подсчитать из формулы (5) экспериментальное значение коэффициента сопротивления трения λоп на участке 1-2, принимая
hтр = hтроп .
6. Подсчитать из формулы (4) экспериментальное значение коэффициента местного сопротивления ξ моп для участков 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 трубы.
7.Определить кинематический коэффициент вязкости ν в м2/с при измеренной температуре t° С воды в соответствии с графиком
(см. ЛР № 1).
8.Подсчитать число Рейнольдса, Re = ссрd/ν, и определить режим течения воды на участке 1-2.
9.Подсчитать коэффициент сопротивления трения λрас по одной из формул (6)-(10), предварительно определив по числу Рейнольдса область сопротивления. Сравнить полученное расчётное
значение λрас с экспериментальным λоп.
10.Подсчитать длину начального участка потока воды lн в мм
иоценить степень влияния её на величину потерь энергии hтроп на
участке 1-2.
Содержание отсчёта
1.Протокол эксперимента со схемой рабочего участка гидро-
стенда.
2.Сравнение опытного значения коэффициента сопротивления трения с расчётным, определённым по эмпирической формуле.
3.Результаты вычислений опытных коэффициентов местных сопротивлений.
4.Выводы по работе.
188
Контрольные вопросы
1.Как определяются скорости движения в поперечном сечении потока?
2.Почему гидравлические потери на трение в турбулентном потоке больше, чем в ламинарном?
3.Каким образом определяются гидравлические потери при эксперименте?
4.Как определяются гидравлические потери на трение и местные потери при отсутствии возможности проведения эксперимента?
5.Как определяется коэффициент трения при практических расчётах?
6.Почему одна и та же труба в одном случае может быть гидравлически гладкой, а в другом случае – гидравлически шероховатой?
7.Какие области сопротивления соответствуют турбулентному течению жидкости?
8.Почему при ламинарном режиме потери на трение пропорциональны первой степени среднеобъемной скорости движения жидкости?
9.Почему при турбулентном режиме в области квадратичного сопротивления потери на трение пропорциональны квадрату среднеобъемной скорости движения?
10.Как изменяется профиль (эпюра) скорости при движении жидкости по начальному участку трубы?
11.Почему при движении жидкости по начальному участку трубы её центральные струйки ускоряются?
12.Как влияет начальный участок трубы на гидравлические потери при движении жидкости?
189