- •Гидрогазодинамика
- •Оглавление
- •Введение
- •Общие правила техники безопасности
- •Методы исследования в гидрогазодинамике
- •1.2 Задачи работы:
- •1.3 Краткие теоретические сведения
- •Ошибка каждого измерения будет:
- •Средняя ошибка результата
- •Лабораторная работа 1. Изучение физических свойств жидкости
- •1.1 Цель работы
- •1.4 Описание устройства
- •1.5 Задание для выполнения работы
- •1.5.1 Определение коэффициента теплового расширения жидкости
- •1.5.2 Измерение плотности жидкости ареометром
- •1.5.3 Определение вязкости вискозиметром Стокса
- •1.5.4 Измерение вязкости капиллярным вискозиметром
- •1.5.5 Измерение поверхностного натяжения сталагмометром
- •1.5 Контрольные вопросы
- •Лаборатоная работа 2. Измерение давления
- •2.1 Цель работы
- •2.2 Задачи работы
- •2.3 Краткие теоретические сведения
- •2.4 Описание экспериментальной установки
- •2.7 Контрольные вопросы
- •3.1 Цель работы
- •3.2 Задачи работы
- •3.2 Краткие теоретические сведения
- •3.4 Погрешности измерения. Оценка точности измерения
- •3.5 Описание экспериментальной установки гв-1
- •3.6 Задание для выполнения работы
- •3.6.1 Измерение избыточного давления в воздушной области воздушного резерва
- •3.6.2 Измерение вакуума в воздушной области основного резервуара
- •3.7 Обработка экспериментальных данных
- •3.8 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4. Экспериментальное изучение уравнения бернулли
- •4.1 Цель работы
- •4.2 Задачи работы
- •4.3 Краткие теоретические сведения
- •4.4 Описание измерительных приборов и установки
- •4.4 Задание для проведения работы
- •4.6 Обработка опытных данных
- •4.7 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 5. Изучение структуры потоков жидкости
- •5.1 Цель работы
- •5.2 Задачи работы
- •5.3 Краткие теоретические сведения
- •5.4 Описание устройства
- •5.5 Задание для выполнения работы
- •Лабораторная работа 6. Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости
- •6.4 Описание установки
- •6.5 Задание для выполнения работы
- •6.6 Порядок вычислений
- •6.7 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 7. Определение коэффициента сопротивления прямой водопроводной трубы
- •7.1 Цель работы
- •7.2 Задачи работы
- •7.3 Краткие теоретические сведения
- •7.4 Описание опытной установки
- •7.5 Задание для выполнения работы
- •7.6 Обработка результатов опыта
- •7.7 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 8. Определение коэффициентов местных сопротивлений
- •8.1 Цель работы
- •8.2 Задачи работы
- •8.3 Краткие теоретические сведения
- •8.4 Описание установки
- •8.5 Задание для выполнения работы
- •8.6 Обработка опытных данных
- •Лабораторная работа 9. Определение коэффициента расхода и тарировка трубы вентури
- •9.4 Описание установки
- •9.5 Задание для выполнения работы
- •9.6 Обработка опытных данных
- •Лабораторнаяработа 10. Определение коэффициента сжатия, расхода, скорости и сопротивления для малого отверстия в тонкой стенке
- •10.4 Описание установки
- •10.5 Задание для выполнения работы
- •10.6 Порядок вычислений
- •Лабораторная работа 11. Определение коэффициента расхода при истечении жидкости через насадки
- •11.4 Описание установки
- •11.5 Задание для выполнения работы
- •11.6 Порядок вычислений
- •Лабораторная работа 12. Изучение циркуляционног обтекания тел с помощью эгда
- •12.4 Задание для выполнения работы
- •12.5 Описание лабораторного стенда
- •12.6 Порядок проведения работы
- •12.6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 13. Кавитационные испытания центробежного насоса
- •13.1 Цель работы
- •13.2 Задачи работы
- •13.3 Краткие теоретические сведения
- •13.4 Описание установки
- •13.5 Задание для выполнения работы
- •13.6 Обработка экспериментальных данных
- •Лабораторная работа 14. Испытание центробежных насосов при параллельном и последовательном включении их в одну сеть трубопроводов
- •14.4 Описание установки
- •14.5 Задание для выполнения работы
- •14.6 Обработка экспериментальных данных
- •Лабораторная работа 15. Энергетические испытания шестеренного насоса
- •15.5 Задание для выполнения работы
- •15.6 Обработка экспериментальных данных
- •15.4 Описание установки
- •15.7 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 16. Кавитационные испытания шестеренного насоса
- •16.1 Цель работы
- •16.2 Задачи работы
- •16.3 Краткие теоретические сведения
- •16.4 Описание установки
- •16.5 Задание для выполнения работы
- •16.6 Обработка экспериментальных данных
- •16.7 Контрольные вопросы
Лабораторная работа 4. Экспериментальное изучение уравнения бернулли
4.1 Цель работы
Уяснить физический и геометрический смысл уравнения Бернулли. По опытным данным построить линии пьезометрического и динамического напоров для трубопровода переменного сечения. Проследить по приборам переход энергии в потоке из потенциальной в кинетическую и обратно, в соответствии с уравнением Бернулли.
4.2 Задачи работы
вычислить удельную энергию давления;
рассчитать удельную кинетическую энергию потока;
найти потерю энергии (напора);
определить расход воды;
вычислить среднюю скорость воды в трубопроводе;
установить скорость по оси трубопровода;
определить число Рейнольдса;
найти кинетическую энергию потока;
рассчитать коэффициент неравномерности скорости по сечению трубы.
4.3 Краткие теоретические сведения
При установившемся движении идеальной
(невязкой) жидкости полная удельная (т.
е. отнесенная к единице количества
жидкости) энергия потока в каждом сечении
потока остается постоянной. Так как
полная удельная энергия движущегося
потока складывается из удельной
потенциальной энергии положения z,
удельной потенциальной энергии давления
и удельной кинетической энергии
,
то можно записать:
. (4.1)
Это уравнение называется уравнением Бернулли для плавнодвижущейся идеальной жидкости, которое обычно записывается для двух сечений:
, (4.2)
где
z
– геометрическая высота расположения
центра сечения потока относительно
условной произвольно выбранной
горизонтальной плоскости сравнения; р
и v
– давление
и скорость в рассматриваемом сечении;
–
удельный вес жидкости; g
– ускорение силы тяжести.
Физически уравнение Бернулли есть математическая запись закона сохранения и превращения энергии, применительно к движущейся жидкости.
Из уравнения следует, что если на участке потока уменьшается скорость (кинетическая энергия), то на этом участке должно возрасти давление (потенциальная энергия). В этом выражается превращение одной энергии в другую (в данном случае кинетической в потенциальную) и постоянство суммарной энергии в каждом сечении по длине потока.
В гидравлике энергия, отнесенная к
единице веса жидкости, называется
напором. В соответствии с этим каждый
член уравнения Бернулли может иметь
название: z –
геометрический напор;
– пьезометрический напор;
скоростной
напор. Сумма пьезометрического и
геометрического напоров называется
статическим или потенциальным напором.
Таким образом, уравнение Бернулли –
это сумма статического и скоростного
напоров в любом сечении потока идеальной
жидкости есть величина постоянная.
При движении вязких жидкостей часть механической энергии теряется на преодоление сопротивлений или сил трения между отдельными слоями жидкости и, переходя в тепловую энергию, рассеивается. Следовательно, часть механической энергии теряется и удельная энергия потока от сечения к сечению уменьшается на величину потерь энергии hw.
С другой стороны, вследствие трения
скорость в каждой точке сечения потока
не постоянна. Так, около стенки частицы
прилипают к ней (v
= 0), а в
центре потока имеют максимальное
значение (v = vmax).
В гидравлике введен коэффициент,
учитывающий неравномерность распределения
скорости по живому сечению потока
.
Таким образом, уравнение Бернулли для
реального потока жидкости:
. (4.3)
Каждый член уравнения Бернулли, имеющий линейную размерность:
может
быть представлен в виде вертикального
отрезка. Это позволяет наглядно
демонстрировать значение каждой величины
в уравнении Бернулли и зависимость
любой из них от условий протекания воды
в трубе. Если соединить плавной линией
концы отрезков
,
то получится линия, которая называется
пьезометрической.
Линия, соединяющая концы отрезком
в каждом сечении, называется
напорной.
Для идеальной
жидкости эта линия парал
Рисунок 4.1 – График напоров
лельна
линии отсчета 0–0. Сумма трех высот z,
и
называется
полным или
начальным напором
и обозначается
(рис. 4.1).
Для цилиндрической трубы потенциальная энергия, т. е. сумма пьезометрической и геометрической высот:
,
в первом сечении больше, чем во втором:
,
на
величину потерь напора
.
Из условия неразрывности потока:
,
скорость
движения потока во всех сечениях
постоянна, т.к. труба цилиндрическая
.
Тогда потеря напора из уравнения Бернулли
(4.3) для реальной жидкости найдется:
Поскольку
потеря напора на трение пропорциональна
длине участка, то пьезометрическая
линия для участка цилиндрической трубы,
т. е.
,
представляет собой опускающуюся прямую.
Для
трубы переменного сечения закон изменения
давления будет более сложным и выразится
ломаной линией (рис. 4.1, сечение 1– 6), т.
к. при переходе жидкости из трубы с узким
сечением в трубу с широким сечением,
согласно уравнению неразрывности
,
изменится скорость потока, что вызовет
изменение кинетической энергии
(скоростного напора)
.
Это, в свою очередь, согласно уравнения
Бернулли, должно вызвать изменение
потенциальной энергии. В данном случае
пьезометрическая линия может опускаться
(при увеличении скорости) или подниматься
(при уменьшении скорости) вдоль потока.
Например, пусть, идеальная жидкость,
течет в трубе, диаметр которой плавно
увеличивается (сечение 2–3 f1<f2).
Так как сечение возрастает, то по
уравнению неразрывности f2v2
= f3v3
скорость уменьшается:
.
Если скорость уменьшается, то из уравнения Бернулли следует:
.
Давление
возрастает (положение трубы z
фиксировано), т. к. сумма их постоянна
вдоль трубы. Нетрудно заметить, что в
этом случае (при расширении сечения
потока жидкости и уменьшении скорости)
часть кинетической энергии переходит
в потенциальную, о чем уже говорили
выше. Таким образом, в случае трубы
переменного сечения пьезометрическая
линия может, как опускаться, так и
подниматься, например, в. случае расширения
.
В то же время в связи с потерей напора
на преодоление трения, напорная линия
всегда опускается, т. е. величина
располагаемой энергии потока всегда
убывает вдоль трубы.
Потерю напора между сечениями 1 – 1 и 6 – 6, или, что то же самое, потерю полной энергии определяют по формуле:
Потеря энергии на
единицу пути называется гидравлическим
уклоном
.
Средний гидравлический уклон на участке
1 между сечениями 1 – 1 и 6 – 6:
Аналогично вводится понятие о пьезометрическом уклоне:
