Общие правила техники безопасности

1. Пред началом работы тщательно проверить исправность и правильность настройкики установки и приборов.

2. Все установки, питаемые электроэнергией, должны быть соответствующим образом заземлены.

3. Приступая к эксперименту, проверить отсутствие пузырьков воздуха в пьезометрах.

4. Включать установку и приборы в работу только после соответствующего разрешения преподавателя.

Методы исследования в гидрогазодинамике

Основным методом исследования является сочетание теории и эксперимента. Этот метод позволяет изучать основные закономерности движения реальных жидкостей и получать с необходимостью точностью решения различных технических задач.

Для расчета параметров потока идеальной жидкости (т.е. лишенной вязкости и несжимаемой), используются следующие уравнения:

а) уравнение расхода:

;

б) уравнение Бернулли (механической энергии):

.

Задача может быть решена, если один из параметров задан, например, сечение потока f (прямая задача). При проектировании устройства решают обратную задачу, когда по исходным условиям для u и p определяется f.

В инженерной практике приходится рассчитывать параметры течения реальной жидкости, а не идеальной, т.е. необходимо учитывать потери напора, вызванные трением о стенки или вихреобразованием в местных сужениях, поворотах и т.д. Это значительно усложняет уравнения, и проще ввести в уравнение коэффициенты, учитывающие реальность процесса, что обычно и делают в гидравлике. Коэффициенты определяют эмпирическими зависимостями, полученными путем обработки опытных данных в виде критериальных зависимостей. Для определения силы трения применяют уравнение количества движения.

Таким образом, движение реальной жидкости в гидравлике описывается уравнениями:

а) расхода:

;

б) механической энергии:

;

в) количества движения:

Уравнения не замкнуты, т.к. в последних трех уравнениях 9 неизвестных (v, p, f, z, h, , S_бок, ).

Для случая сильных упрощений (например, труба горизонтальная z₁ = z₂, цилиндрическая f₁ = f₂ и т. п.) на основе уравнения количества движения и теории подобия удается получить соотношения для потерь в потоке, которые выражаются через соответствующие коэффициенты трения по длине потока , коэффициенты местных сопротивлений (задвижки , внезапного расширения и т. п.). Эти соотношения называются формулами Дарси, Вейсбаха или Шези в зависимости от определяющих параметров. Общий вид их

Если коэффициенты расхода , неравномерности распределения скоростей по сечению потока , сопротивления трения , местных сопротивлений и т.п. каким-либо образом известны (например, из опыта или приближенного расчета), то задача может быть решена с достаточной для технических расчетов точностью с помощью уравнений:

а) расхода

;

б) Бернулли для вязкого потока

Если необходимо определить параметры p₂, v₂ воды на выходе (у потребителя) из трубопровода, то необходимо задать геометрические размеры трубы (l, d, z) и знать начальные условия (p₁, v₁), а также коэффициенты ( ). Тогда из последних двух уравнений можно найти p₂ и v₂

Коэффициенты обычно определяют из опыта и приводятся в справочниках в виде номограмм, графиков и таблиц.

В приведенных ниже лабораторных работах показано, каким образом эти коэффициенты определяются экспериментально и их практическое применение.

Экспериментальные исследования используются не только для проверки или определения различных коэффициентов разработанных теорией, но и в ряде случаев носят самостоятельный характер из-за того, что решения многих конкретных задач в силу сложности не могут быть найдены теоретическим путем.

Любое экспериментальное исследование можно выполнять на натуральном объекте или на модели. Учитывая сложность постановки натурного опыта, чаще всего применяют моделирование.

Различают физическое моделирование и моделирование посредством аналогий.

Классификация и основные параметры насосов

По характеру рабочего процесса насос следует рассматривать как механизм, в котором механическая энергия привода сообщается перекачиваемой жидкости.

По принципу действия насосы подразделяют на две основные группы: лопастные и насосы вытеснения (объемные).

Лопастные насосы в процессе работы изменяют сумму энергии положения z, давления и кинетической . Они включат в себя центробежные насосы и осевые (поворотнолопастные и пропеллерные).

Насосы вытеснения изменяют сумму энергий положения z и давления . Они подразделяются на поршневые и ротационные. Ротационные включают в себя целую группу насосов: винтовые, шестеренные, шиберные, поршеньковые и др.

Основными техническими параметрами, характеризующими работу насоса, являются: подача, напор, потребляемая мощность, полезная мощность, коэффициент полезного действия и допустимая вакуумметрическая высота всасывания.

Подачей называется количество жидкости, прокачиваемое насосом в единицу времени.

Подача может быть выражена в объемных или весовых единицах. Единицы измерения объемной подачи – м³/ч, м³/сек, л/сек и т. д., весовой – т/ч, кгс/сек, Н/сек и т. д. Между весовой и объемной подачей существует зависимость:

,

где γ – объемный вес жидкости.

Напором Н называется приращение механической энергии единицы веса жидкости, прошедшей через рабочие органы насоса, или разность удельных энергий при выходе из насоса и при входе в него. Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Для объемных насосов вместо понятия «напор» используется понятие «давление нагнетания» или «полное давление». Давлением нагнетания называется величина избыточного (манометрического) давления на выходе из насоса. Полное давление представляется как давление нагнетания плюс величина вакуума на входе в насос:

.

Соотношение между напором и полным давлением выражается зависимостью:

.

Полезной мощностью насоса N_п, квт называется количество энергии, сообщенное всему потоку жидкости в единицу времени:

.

Потребляемой мощностью, или мощностью насоса N, называется мощность, которая отдается насосу ведущим двигателем при его работе.

Коэффициентом полезного действия η насоса называется отношение полезной мощности к потребляемой:

.

Высота всасывания характеризует отметку установки насоса относительно уровня жидкости в заборном резервуаре.

Для нормальной работы насоса (во избежание явления кавитации) необходимо, чтобы удельная энергия при входе в насос несколько превышала давление парообразования при данной температуре жидкости. Это превышение называется избыточным напором всасывания и определяется из выражения:

,

где Е_в – удельная энергия на входе в насос, приведенная к оси насоса; – давление парообразования при данной температуре жидкости.

Допустимая высота всасывания:

,

где р₀ – давление на свободной поверхности заборного резервуара; φ – коэффициент запаса, зависящий от условий эксплуатации, принимается от 1,2 до 1,4; – потери напора во всасывающем трубопроводе. При подаче жидкости с небольшой температурой из открытых резервуаров, т. е. р_о = р_а, кавитационные качества насоса характеризуются вакуумметрической высотой всасывания:

,

где р_а – атмосферное давление.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания:

,

Допустимая высота всасывания при известной , величина которой приводится на рабочей характеристике насоса, определится из зависимости:

,

Точность приборов

Точность экспериментальных результатов зависит от точности экспериментальных приборов. Она характеризуется классом точности и выражает наибольшую допустимую погрешность в процентах от предельного значения N шкалы:

.

В рабочих условиях обычно применяют приборы классов 0,5–6, которые называются техническими. Приборы классов точности 0,4 и выше считают образцовыми для проверок и градуировок приборов и рабочими для измерений высокой точности. Цена наименования деления шкалы прибора согласуется с его классом точности и назначается в зависимости от размеров шкалы в пределах (0,5–3).

Практически наибольшая допустимая погрешность прибора не превышает половины цены деления шкалы. Вычисленный по формуле класс точности прибора округляют до большего ближайшего стандартного значения.

Классу прибора соответствует основная погрешность измерения в процентах. Если класс прибора 1,5, то его относительная точность измерения 1,5 %.

Погрешность измерений

Измеренные величины X_изм всегда отличаются от действительных (истинных) значений (А_ист) измеряемых величин. Величины погрешностей характеризуются абсолютной погрешностью измерений:

и относительной погрешностью:

.

Погрешности разделяются на систематические (возникающие закономерно из опыта в опыт, например, износ прибора) и случайные (отсчет показаний, изменение температуры и давления атмосферы и т.п.). Вопросами оценки влияния случайных погрешностей занимается теория ошибок. Систематические погрешности можно исключить тарировкой подбора, а снижение величины случайных погрешностей достигают повторностью измерений.

Например, среднеарифметическое из результатов измерений X₁, X₂, X₃ будет:

.