Указания к выполнению работы
При
решении задач по гидростатике прежде
всего нужно хорошо усвоить и не смешивать
такие понятия, как давление
и
сила
.
При решении задач на определение давления в той или иной точке неподвижной жидкости следует пользоваться основным уравнением гидростатики (2.1). Применяя это уравнение, нужно иметь в виду, что второй член в правой части этого уравнения может быть как положительным, так и отрицательным. Очевидно, что при увеличении глубины давление возрастает, а при подъеме — уменьшается.
Необходимо твердо различать давления абсолютное, избыточное и вакуум и обязательно знать связь между давлением, удельным весом и высотой, соответствующей этому давлению (пьезометрической высотой).
При решении задач, в которых даны поршни или системы поршней, следует писать уравнение равновесия, т. е. равенство нулю суммы всех сил, действующих на поршень (систему поршней).
В задачах на относительный покой жидкости в общем случае следует учитывать действие двух массовых сил: силы тяжести и силы инерции переносного движения — и использовать основное свойство поверхностей уровня, в том числе свободной поверхности жидкости. Положение свободной поверхности в сосуде при заданной угловой скорости вращения определяется объемом находящейся в нем жидкости. При этом используют формулу объема параболоида вращения
,
(2.9)
где R — радиус основания параболоида; Н — высота. Если угловая скорость вращения достаточно большая, то силой тяжести жидкости можно пренебречь и повышение давления определять по формуле (2.8).
3. Объекты и средства выполнения работы
Объектом исследования является цилиндрическая оболочка с жидкостью, основные параметры которой приведены в таблице 1.
Для выполнения работы студент должен иметь линейку, карандаш, лист миллиметровой бумаги, ПЭВМ.
4. Задание на работу
Рассчитать минимальную угловую скорость вращения оболочки, при которой жидкость не будет выплескиваться из сосуда;
Рассчитать минимальную угловую скорость вращения оболочки, при которой жидкость не будет соприкасаться с валов диаметром d;
Рассчитать минимальную угловую скорость вращения оболочки, при которой сорвется верхняя крышка. Закрепленная на сосуде с усилием P.
5. Порядок выполнения работы
Изучить общие положения гидростатики.
В соответствии с вариантом задания произвести расчеты согласно п.4
6. Отчет по работе
Отчёт по работе должен включать :
исходные данные;
краткие сведения из теории;
основные расчётные зависимости;
полученные результаты расчета;
выводы по работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
1. Цель и задачи работы
Цель работы—изучение теоретических основ гидродинамики применительно к исследованию истечения жидкости через отверстия и насадки.
2. Основные теоретические положения
В процессе истечения жидкости происходит преобразование потенциальной энергии жидкости в кинетическую.
Из уравнения Бернулли легко выводится выражение для скорости истечения:
,
(2.1)
где Н - расчетный напор, который в общем случае равен сумме геометрического и пьезометрического напоров, т. е.
,
(2.2)
-
коэффициент скорости, определяемый как
.
(2.3)
Здесь
- коэффициент Кориолиса;
— коэффициент
местного сопротивления.
Расход жидкости при истечении через отверстия, насадки, и дроссели и клапаны определяется произведением скорости истечения на площадь сечения струи. Однако последняя часть бывает меньше площади отверстия вследствие сжатия струи. Поэтому вводится коэффициент сжатия
,
(2.4)
где
и
— площади сечения струи и отверстия.
Отсюда расход равен
.
(2.5)
Вместо
расчетного напора Н
часто используется расчетный перепад
давления
и вместо (2.5) пишут:
.
(2.6)
Истечение жидкости может происходить либо в газовую среду, например в атмосферный воздух, либо в среду той же жидкости. В последнем случае вся кинетическая энергия струи теряется на вихреобразования.
Отверстием
в тонкой стенке называется отверстие,
диаметр которого больше толщины стенки
.
В этом случае коэффициент расхода
и другие коэффициенты однозначно
определяются числом Рейнольдса, а в
приближенных расчетах обычно принимают:
;
;
;
;
.
При
внешнем цилиндрическом насадке, который
представляет собой короткую трубу,
приставленную к отверстию снаружи, или
при отверстии, диаметр которого
в 2...6 меньше толщины стенки
,
возможны два режима истечения: безотрывный
и отрывный. Коэффициенты при 1-м режиме
в приближенных расчетах обычно принимают
;
;
.
При 2-м режиме коэффициенты ничем не отличаются от истечения через отверстие в тонкой стенке.
Внутренний цилиндрический насадок — это короткая трубка, приставленная к отверстию изнутри. Возможны два режима истечения аналогично предыдущему, но с другими значениями коэффициентов:
при
1-м режиме
;
.
при
2-м режиме
.
Сопло,
или коноидальный насадок, обеспечивает
плавное безотрывное сужение потока
внутри насадка и параллельно-струйное
течение на выходе. Для сопла в расчетах
можно принимать:
;
.
Диффузорный насадок с закругленным входом, применяемый в особых случаях, имеет коэффициент расхода, изменяющийся в широких пределах в зависимости от угла конусности и степени расширения диффузора. Приближенно коэффициент сопротивления такого насадка может бы определен как сумма коэффициентов сопротивления сопла и диффузора, а коэффициент расхода можно определи по , положив .