ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КУРСІВ

«ПРИКЛАДНА ГІДРОМЕХАНІКА», «ГІДРОАЕРОМЕХАНІКА», (ЕЛЕМЕНТИ КІНЕМАТИКИ І ДИНАМІКИ РІДИНИ)

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ВСІХ ФОРМ НАВЧАННЯ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ «ГІДРАВЛІЧНІ І ПНЕВМАТИЧНІ МАШИНИ», «ДИНАМІКА І МІЦНІСТЬ МАШИН»

ЗАТВЕРДЖЕНО

На засіданні кафедри прикладної

гідроаеромеханіки і механотроніки

Протокол № 1 від 19.01.2011

СХВАЛЕНО

Методичною комісією ММІ

Протокол № 8 від 24.03. 2011

Київ – 2011

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсів «Прикладна гідромеханіка», «Гідроаеромеханіка» (Елементи кінематики і динаміки рідини) / Уклад.: Б.А. Скочеляс, В.М. Турик, П.П. Ящук

Для студентів всіх форм навчання спеціальностей «Гідравлічні і пневматичні машини», «Динаміка і міцність машин»

Київ: НТУУ «КПІ», 2011

Електронне навчальне видання

(Свідоцтво про надання грифа електронному виданню

НМУ № Е 10/11-530)

Укладачі: Скочеляс Богдан Андрійович

Турик Володимир Миколайович

Ящук Петро Пилипович

Рецензент: В.М. Шишкін

Відповідальний редактор О.М. Яхно

Редактор

ЗМІСТ

Лабораторна робота № 1. Вивчення режимів руху рідини ……………...4

Лабораторна робота № 2. Дослідне вивчення рівняння Бернуллі………13

Лабораторна робота №3. Прилади для вимірювання витрати рідини. Градуювання витратомірного пристрою змінного перепаду тиску…….20

Список літератури………………………………………………………….33

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИВЧЕННЯ РЕЖИМІВ РУХУ РІДИНИ

ВСТУП

Установлення режимів руху рідин та газів є необхідною складовою частиною будь-яких розрахунків гідравлічних і теплових характеристик трубопроводів, гідропневмосистем, енергетичного і технологічного устаткування. Причина цього полягає у визначальному впливі режимів течії на гідравлічний опір та тепломасообмін при русі робочих рідин.

Метою лабораторної роботи є: закріплення основних теоретичних понять розділу «Кінематика рідин»; експериментальне вивчення за допомогою установки Рейнольдса ламінарного і турбулентного режимів руху рідини, а також перехід від одного режиму до іншого; з‘ясування фізичного змісту числа (критерію) Рейнольдса; набуття навичок визначення режимів руху рідини в трубах розрахунковим способом.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Ламінарний (шаруватий, впорядкований) режим течії — при якому можливе існування стаціонарних траєкторій руху рідких частинок. При турбулентному (невпорядкованому, безладному) режимі траєкторії хаотично змінюються в просторі і часі завдяки нерегулярним пульсаціям частинок, що призводить до відповідних пульсацій швидкості, тиску, температури та інших локальних параметрів течії. Режими течії можуть виявлятися візуально по поведінці введеної в потік рідини тонкої струминки підфарбовуючої рідини (досліди Осборна Рейнольдса, 1883 р.). При переході від ламінарного режиму до турбулентного струминка фарби під дією наростаючого тривимірного пульсаційного руху частинок у потоці втрачає стійкість, приймає хвилеподібну форму і, зрештою, зникає, змішуючись з усією рідиною, що протікає в трубі. Можна вважати, що турбулентна течія містить велику кількість вихорів, тобто збурень, неоднорідностей, різних масштабів. Однак, треба пом’ятати, що обертання рідких частинок може мати місце і у ламінарних потоках. У турбулентному потоці місцеву миттєву швидкість частинки зображують у вигляді суми місцевої усередненої в часі швидкості ( — період усереднення) і пульсаційної швидкості . При турбулентній течії рідини в трубі обмін кількістю руху частинок в поперечному напрямку під дією пульсацій обумовлює більш рівномірне розподілення усереднених швидкостей в проекціях на нормаль в кожній точці живого перерізу стабілізованого потоку (рис. І.І, поз. ) у порівнянні з параболічним розподілом швидкостей при ламінарній течії (коли ) в трубах ( рис. І.І, поз. ).

Рис. І.І

Розрахунковим шляхом режим руху рідини виявляють по величині безрозмірного комплексу – числу Рейнольдса

де — середня в живому перерізі потоку швидкість, м/с: ; Q – об’ємна витрата рідини, ; — площа живого перерізу потоку, ; – локальна швидкість, ; — характерний лінійний розмір потоку, : при течії в трубі круглого перерізу це –внутрішній діаметр труби d, в трубі некруглого перерізу – гідравлічний, або еквівалентний, діаметр ( – змочений периметр), при обтіканні крила або лопатки гідромашини це хорда профілю і т. п.; — кінематична в'язкість даної рідини, , яка залежить, головним чином, від температури ; - густина рідини, ; - динамічна в'язкість, .

При стабілізованих рухах рідини в круглій трубі існує такий зв’язок між середньою та максимальною (на осі труби) швидкостями: при турбулентному режимі течії , при ламінарному — .

Зміна режимів напірного руху рідини в круглих трубах відбувається при критичних значеннях числа : нижньому , нижче якого ніякі збурення в потоці не призводять до розвитку турбулентності; верхньому , вище якого потік є завжди турбулентним. При за ідеалізованих умов можливий нестійкий ламінарний режим, що незворотньо переходить в турбулентний навіть при незначних випадкових збуреннях в потоці, пов’язаних, наприклад, із зміною стану обтічної поверхні труби, вібрацією установки і т. п.). У машинобудівній гідромеханіці зазвичай використовують одне значення згідно з дослідними даними Рейнольдса і Шиллера, що відповідає реальним умовам течії рідини в технічних пристроях, не вільних від різних джерел збурень потоку.

Режими течії великою мірою визначають гідравлічний опір і теплообмін в потоках. Так, при ламінарному русі рідини в трубах ( ) втрати питомої енергії, тобто напору, потоку на подолання опору тертя пропорційні середній швидкості: ; однак при турбулентному русі ( ): , де . При турбулентному режимі інтенсивність тепломасообіну в системі також набагато вище, ніж при ламінарному.

Число Рейнольдса - один з критеріїв динамічної подібності різних потоків. Згідно з теорією подібності, число являє собою міру відношення конвективних сил інерції до сил в’язкого тертя в рухомій рідині.

ЛАБОРАТОРНА УСТАНОВКА

Схема установки Рейнольдса (рис. 1.2) дозволяє візуально спостерігати різні режими руху рідини і зміни режимів, а також вимірювати параметри потоку, необхідні для обчислення числа (у тому числі ). В даному випадку робочою рідиною є вода.

Рис. 1.2

Основні елементи установки: напірна ємкість 1, що розділена на два відсіки 11 і 9 гратчастою перегородкою 10 для заспокоєння рівня рідини і зменшення в ній збурень; скляна труба 7 заданого постійного діаметру d з плавним входом, через яку протікає потік рідини з напірної ємкості; бачок 2 з рідиною-барвником близькою до води густиною, що підводиться до вхідної ділянки труби 7, трубкою 8 з тонким наконечником; п'єзометр 4, що відіграє роль водомірної трубки ємкості 1 (при прозорих стінках ємкості може не бути встановлений); термометр 3 для виміру температури робочої рідини; мірна ємкість («мірник») 5 для вимірювання об'єму рідини, що витікає з труби 7 за час ; хронометр 6 для виміру часу .

Поиск по сайту: