Обработка результатов экспериментов

Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Номера опытов

Показания пьезометров

Высота подъема жидкости в мерном резервуаре H_мр, см

Время подъема жидкости в мерном резервуаре t, c

Среднеарифметические значения

ОТЧЕТ

к лабораторному практикуму по дисциплине:

«Гидравлика», «Механика жидкости и газа»

Форма и методические рекомендации

Ростов-на-Дону

Составители: ст. преп. Полешкин М.С.,

ассистент Плеханов С.А.

УДК 621.651.69(07)

С 722

С 722 Отчет к лабораторному практикуму по дисциплине: «Гидравлика», «Механика жидкости и газа» - форма и методические рекомендации. Ростов/н/Д: Издательский центр ДГТУ,2012,- 27с.

Методические указания к оформлению отчета по лабораторному практикуму для дисциплин «Механика жидкости и газа» и «Гидравлика» включают формы отчета к лабораторным работам: «Исследование уравнения Д.Бернули», «Исследование процесса истечения через отверстия и насадки», «Поверка манометров», «Относительный покой жидкости во вращающемся сосуде», рекомендаций к его оформлению, список рекомендуемой литературы и инструкцию по технике безопасности.

Методическое указание рекомендовано студентам 2 и 3 курсов специальностей: 150802 «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика», направлению 141000 «Энергетическое машиностроение» и других смежных специальностей.

Печатается по решению методической комиссии факультета «Авиастроение. Транспорт, сервис и эксплуатация».

Научный редактор к.т.н., профессор В.А. Чернавский

©Издательский центр ДГТУ, 2012 год.

Рекомендации для выполнения лабораторных работ

По дисциплинам: «Механика Жидкости и газа», «Гидравлика».

К занятиям допускаются студенты, имеющие оформленный протокол отчета лабораторных работ и прошедшие инструктаж по технике безопасности (см.инструкцию) работы в лабораториях на экспериментальных установках.

Для успешного выполнения и допуска к защите лабораторного практикума необходимо:

1. Ознакомиться с целями и задачами выполняемой лабораторной работы (см.п.1 отчета);

2. Заполнить раздел краткая теория (см.п.2 отчета) ключевыми выражениями и определениями, предварительно ознакомившись с ними в соответствующем методическом пособии;

3. Изучить схему лабораторной установки (см.п.3 отчета) и заэскизировать ее в протоколе с пояснением состава и принципа действия элементов;

4. Установить какие входные и выходные данные требуется получить в ходе выполнения лабораторной работы;

5. Под руководством преподавателя и в сопровождении ассистирующего инженера, провести серию экспериментов, занеся в таблицу 1 (см.п.4 отчета) полученные данные исследования;

6. Выполнить расчетную часть работы (см.п.5 отчета) согласно методики приведенной в методическом руководстве;

7. По завершении расчета, занести полученные данные в таблицу 2, построив графики зависимостей если это необходимо;

8. Сделать вывод по результатам работы (см.п.6 отчета), согласно поставленным целям и задачам.

Инструкция

по технике безопасности при работе с электрифицированными экспериментальными установками при выполнении лабораторных работ

1. Только студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и ознакомившись с конструкцией и всеми функциями установки, допускаются к проведению экспериментальных исследований на лабораторных стендах;

2. На лабораторных установках студенты выполняют все необходимые операции под руководством и с участием ведущего преподавателя или ассистирующих инженеров;

3. Необходимо, убедиться в исправности лабораторного оборудования и правильности его подключения до его запуска;

4. Во время лабораторных работ для того, чтобы избежать несчастных случаев и получения травм запрещается:

- Прикасаться к проводам, сетевым вилкам, деталям находящимся под действием электрического напряжения;

- Поручить выполнение и наблюдение за проведением лабораторных работ, людям не прошедшим инструктаж по технике безопасности;

- Переподключение и перемещение измерительных приборов, в следствии которого они могут выйти из строя.

5. В случае опасности или неисправности оборудования, необходимо его немедленно выключить и отсоединить от сети;

6. После выполнения лабораторной работы или на период монтажа, должно быть отключено электропитание установки и выключен главный рубильник;

7. В случае аварии необходимо оказать первую медицинскую помощь.

С правилами техники безопасности ознакомлен:

_____________________________ ________________ ____________________

(ФИО) (дата) (подпись)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы»

Лабораторная (практическая) работа №1

по дисциплине «_____________________________________________»

«Исследование уравнения Д. Бернулли»

Выполнил(а) студент(ка) группы___________

___________________________________

Проверил:____________________________

________________________________

Отметка о выполнении практической части работы	Отметка о выполнении расчетной части работы	Отметка о защите

Ростов-на-Дону

201_

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение и экспериментальная проверка уравнения Д. Бернулли для потока вязкой жидкости при установившемся движении. В задачи исследования входят: экспериментальное и аналитическое определение слагаемых уравнения Д. Бернулли; построение линий пьезометрического и полного напоров; анализ зависимости между скоростью и давлением в трубопроводе переменного сечения; оценка потерь напора на участках трубопровода; исследование баланса энергии потока жидкости, движущейся по трубопроводу переменного сечения.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Уравнение Д.Бернулли для потока вязкой жидкости при установившемся движении имеет вид:

________________________________________ (1)

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________

Уравнение Д. Бернулли является основным уравнением гидродинамики и устанавливает зависимость между параметрами потока движущейся жидкости: скоростью, давлением и удельными потерями энергии.

Уравнение имеет геометрическую и энергетическую интерпретацию.

С геометрической точки зрения, для идеальной жидкости (без учета суммарных потерь полного напора между выбранными сечениями) сумма трех напоров (высот) геометрического, пьезометрического и скоростного есть величина постоянная вдоль потока жидкости.

С энергетической точки зрения величина - удельная потенциальная энергия жидкости (или гидродинамический напор), характеризующая удельные потенциальные энергии положения и давления, - удельная кинетическая энергия жидкости.

Таким образом, энергетический смысл уравнения Д. Бернулли:

____________________________________________

Рис. 1 Пояснения к уравнению Д.Бернулли

Линия изменения пьезометрических высот называется пьезометрической линией, ее можно рассматривать как геометрическое место уровней в пьезометрах, установленных вдоль потока жидкости.

Пьезометрическая линия характеризуется пьезометрическим уклоном:

(2)

где: l_(1-2) - расстояние между двумя выбранными сечениями.

Для горизонтального участка трубопровода из уравнения Д.Бернулли и уравнения постоянства расхода:

Q=U₁S₁=U₂S₂ (3)

где Q – расход несжимаемой жидкости, м³/с;

S₁ и S₂ - площади двух сечений потока, м².

следует, что если площадь живого сечения потока уменьшается, то скорость течения жидкости увеличивается, а давление возрастает. Следовательно, напорная линия вдоль потока может только опускаться.

Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Это является основной причиной эффекта Магнуса. Закон Бернулли справедлив и для ламинарных потоков газа.

Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров (например труба Вентури), водо- и пароструйных насосов. А последовательное применение закона Бернулли привело к появлению технической гидромеханической дисциплины — гидравлики.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рис.2 – Схема экспериментальной установки.

Экспериментальная установка (рис.2) включает в себя: ___________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________

Проведение эксперимента

Таблица 1. Результаты эксперимента

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

____________________________________________

Таблица 2. Результаты расчетов

Номера сечений	Гидростатический напор Н_р, см	Расход Q, см³/с	Средняя скорость U, см/с	Скоростной напор U²/2g, см	Полный напор H, cм

ВЫВОД:

___________________________________________

____________________________________________

Вопросы для подготовки к защите работы.

Объясните области применения уравнения Д.Бернули.
Поясните энергетический смысл уравнения Д.Бернули.
Поясните геометрический смыл уравнения Д.Бернули.
Поясните ход экспериментального исследования уравнения Д.Бернули при помощи лабораторной установки.
С чем связан и какой носит характер изменение: полного и пьезометрического напоров по длине потока жидкости?
Дайте определение расхода жидкости, его единицы измерения.
Какова зависимость потерь напора по длине потока от скорости течения жидкости?
Какие рекомендации следует выполнить для уменьшения потерь напора?

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы»

Лабораторная (практическая) работа №2

по дисциплине «_____________________________________________»

«Тарировка трубчатого водомера Вентури»

Выполнил(а) студент(ка) группы___________

___________________________________

Проверил:____________________________

________________________________

Отметка о выполнении практической части работы	Отметка о выполнении расчетной части работы	Отметка о защите

Ростов-на-Дону

201_

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоение практического применения уравнения Бернулли, изучение трубчатого расходомера Вентури и методика его градуировки. Расчет теоретического и действительного расходов жидкости в зависимости от перепада давления на расходомере Вентури.

КРАСТКАЯ ТЕОРИЯ

Расходомер Вентури (рис. 1) состоит из сходящего патрубка А, называемого соплом, расходящегося патрубка Б, называемого диффузором, и цилиндрической вставки между ними, называемой горлом.

I II Диаметр сечения I

расходомера – 20 мм

A Б

Диаметр сечения II

I II Q водомера – 5 мм

Рис.1 Расходомер Вентури

Расходомер служит для определения действительного расхода жидкости Qg. При установке в трубопроводах осуществляет сужение потока – дросселирование.

В суженном месте скорость потока возрастает, а давление падает. Возникает перепад давлений, который измеряется парой манометров. Этот перепад давлений определенным образом связан с расходом жидкости. Эта связь может быть найдена теоретически, используя уравнение Бернулли.

Записываем уравнение Бернулли для сечений I – I и II – II потока:

, (1)

где Z₁= Z_2,т.к. ось потока горизонтальная;

и - пьезометрические высоты сечения I – I и II – II;

и - высоты скоростных напоров в этих же сечениях;

- высота потери напора на трение и местное сопротивление между сечениями I и II.

Потерями напора на трение, ввиду их малости, можно пренебречь и коэффициент кинетической энергии () можно принять равным единице. При этом уравнение (1) принимает вид:

или . (2)

В левой части уравнения (2) получилась разница уровней жидкости в пьезометрах, установленных в сечениях I и II расходомера. Эту разность обозначим через h.

Разность давлений объясняется тем, что при постоянном расходе жидкости и переменном сечении расходомера скорости в сечениях I и II разные. С учетом принятого обозначения уравнение (2) принимает вид:

или ). (3)

Пользуясь уравнением неразрывности движения потока (V₁ω₁=V₂ω₂), в уравнении (3) выразим отношение скоростей V_I/V₂через отношение диаметров тех же живых сечений:

(4)

где и - площади поперечных сечений I и II расходомера.

Подставив величину К в уравнение (3), получим выражение теоретической скорости движения жидкости во втором сечении:

. (5)

Зная теоретическую скорость, можно определить и теоретический расход жидкости:

. (6)

Действительный расход жидкости отличается от теоретического, рассчитанного по формуле (6), т.к. при выводе последней были приняты допущения.

Отношение Q/Q_T действительного расхода жидкости к теоретическому называется коэфицентом расхода . Знание коэффициента расхода позволяет определить действительный расход жидкости Q.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рис.2 – Схема экспериментальной установки.

Проведение эксперимента

Экспериментальное выявление связи между перепадом давления и расходом является градуировкой расходомера Вентури:

____________________________________________

Таблица 1. Результаты эксперимента

Номер опыта	Время опыта t, с	Показания счетчика масла W, л.	Показания манометров
Значения t или W задаёт преподаватель	Ман.5, кгс/см²	Ман.6, кгс/см²

Полученные в ходе градуировки данные, заносятся в Табл.1.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

____________________________________________

Таблица 2. Результаты расчетов

Номер опыта	Производи тельность насоса Q_н, л/мин	Действительный расход расходомера Q_,л/мин	Теоретический расход расходомера Q_r_,л/мин	Коэфф.расхода _i,i=2,3…
				-

Вычислить среднее арифметическое значение коэффициента расхода.

По полученным данным строятся графики зависимости теоретического и действительного расходов жидкости от разности напоров h в сечениях I и II расходомера Вентури

ВЫВОД:

____________________________________________

Вопросы для подготовки к защите работы.

1. Каково назначение и принцип действия расходомера Вентури?

2. Какова методика градуировки расходомера?

3. Вывод формулы теоретического расхода расходомера.

4. Формула для действительного расхода расходомера.

5. Указать причину несовпадения кривых на графиках теоретического и действительного расходов..

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы»

Лабораторная (практическая) работа №4

по дисциплине «_____________________________________________»

«Истечение жидкости через отверстия и насадки»

Выполнил(а) студент(ка) группы___________

___________________________________

Проверил:____________________________

________________________________

Отметка о выполнении практической части работы	Отметка о выполнении расчетной части работы	Отметка о защите

Ростов-на-Дону

201_

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование истечения жидкости через отверстие и насадки при постоянном напоре. Определение коэффициентов истечения, анализ их физического смысла.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Отверстие называется малым, если напор во всех его точках можно считать постоянным. Это условие с достаточной точностью выполняется, если диаметр d отверстия значительно меньше высоты столба жидкости от оси отверстия до свободной поверхности H.

Истечение называется с совершенным сжатием, если на процесс истечения не оказывают влияние боковые стенки сосуда. Это условие выполняется при их удалении от отверстия на расстояние более трех диаметров.

Если с одной или нескольких сторон это расстояние, меньшее трех диаметров отверстия, то имеет место неполное сжатие поперечного сечения струи.

Если стенки удалены по периметру на расстояние меньше трех диаметров, то истечение называется с несовершенным сжатием.

Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия:

__________________________________________ (1)

где площади отверстия и живого сечения струи в её сжатом сечении.

Таким образом, коэффициент сжатия - это отношение площади живого сечения струи в сжатом сечении к площади отверстия.

Применение уравнения Бернулли даёт

(2)

Коэффициент скорости равен:

_________________________________________ (3)

где U – средняя скорость движения жидкости после отверстия;

коэффициент скорости;

коэффициент местного сопротивления отверстия, представляет собой отношение ;

- скоростной напор.

В случаях идеальной жидкости ( =0, = 1) скорость струи равна теоретической:

________________________________________ (4)

Следовательно из соотношения (2) видно, что коэффициент скорости представляет собой отношение действительной скорости жидкости в струе к теоретической.

Расход жидкости определяется, как произведение скорости истечения на фактическую площадь сечения струи, а с использованием соотношений (1) и (2), получается расход через отверстие

(5)

Произведение коэффициентов скорости и сжатия принято называть коэффициентом расхода:

__________________________________________ (6)

Тогда формулу (5) можно записать в виде: Q= (7)

теоретический расход: Q=

из уравнения (7) следует, что коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к теоретическому:

(8)

Коэффициент сжатия, скорости, расхода и сопротивления зависят от типа отверстия или насадка и от критерия Рейнольдса,

_________________________________________ (9)

где диаметр отверстия;

H- располагаемый напор;

кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Насадком называется патрубок (короткая трубка), длина которого равна нескольким диаметрам d₀.

Рис.1 – Основные виды насадков

Насадки делятся на три основные группы:

____________________________________________

Рис.2 - Инверсия струи

Явление инверсии заключается в том, что струя во время полета на сохраняет форму живого сечения отверстия. Это изменение формы живого сечения вызывается действием сил поверхностного натяжения и сопротивления внешней среды, а также спецификой распределения скоростей жидких частиц перед отверстием (рис. 2).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рис.4 – Экспериментальная установка

Экспериментальная установка (рис.4) включает в себя:

____________________________________________

Проведение эксперимента

Таблица 1. Результаты эксперимента

№ п/п	Тип насадка	Напор, H, м	Время заполнения t, с	Объем жидкости W,	Дальность полета, x, м	Высота полета y, м
	Отверстие с остр. кромкой
	Цилиндр. насодок
	Кон. сход. насадок
	Кон. расх. насадок

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

____________________________________________

Таблица 2. Результаты расчетов

№ п/п

Тип насадка

НапорН, м

Расх- ход Q,

Пр.

Таб

Пр

Таб

Пр

Таб

Пр.

Таб.

Отверстие с остр.кромк.

0.97

0.62

0.64

0.06

Цилиндр. насадок

0.8

0.49

Кон. сход. насадок

0.94

0.15

Кон. расх. насадок

0.45

3.94

ВЫВОД:

____________________________________________

Вопросы для подготовки к защите работы.

Обьяснить физический смысл коэффициента сжатия.
Объяснить физический смысл коэффициента сопративления.
Объяснить физический смысл коэффициента расхода.
Объяснить физический смысл коэффициента скорости.
Указать факторы, от которых зависят коэффициенты истечения из отверстий и насадков.
В чем заключается явление инверсии струи?
Перечислить условия для вычисления теоретической скорости истечения жидкости через отверстия и насадки.
Перечислить условия для вычисления теоретического расхода истечения жидкости через отверстия и насадки.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы»

Лабораторная (практическая) работа №10

по дисциплине «_____________________________________________»

«Поверка манометров»

Выполнил(а) студент(ка) группы___________

___________________________________

Проверил:____________________________

________________________________

Отметка о выполнении практической части работы	Отметка о выполнении расчетной части работы	Отметка о защите

Ростов-на-Дону

201_

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение назначения, устройства, принцип действия и тарировки приборов для измерения давления (абсолютного, манометрического вакуумметрического).

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Для измерения давления в жидкости служат приборы различной конструкции: жидкостные, механические, комбинированные. Наибольшее распространение получили жидкостные и механические приборы.

Рис.1 Жидкостные приборы

Среди этого типа приборов наиболее распространены пружинные манометры (рис.2) и вакуумметры. Они работает, но принципу уравновешивания измеряемого давления силой упругости чувствительного элемента.

Принцип действия пружинного манометра заключается:

____________________________________________

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА


Рис.2 – Конструкция механического манометра	Рис.3 – Стенд для поверки манометров

Экспериментальный для поверки манометров (рис.3) включает в себя:

____________________________________________

Манометры позволяют определять давление лишь с определенной точностью, класс точности манометров определяется величиной k, выражающей максимальную допустимую погрешность величины , соответствующей предельному показанию шкалы прибора:

(1)

Номинальный ряд классов, точности манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0.2; 0,35; 1; 2; 2,5; 4,0; 6,0.

Манометры и вакуумметры, пружинные образцовые служат для контроля манометров общего назначения и для проведения особо точных замеров. Для контроля образцовых манометров используются грузопоршневые манометры.

Манометры класса 0,05 предназначены для проверки образцовых пружинных и других манометров точных измерения, манометры класса 0,2 - для проверки технических манометров общего назначения.

Проведение эксперимента

Таблица 1. Результаты эксперимента

Показания образцового манометра,	Показания поверяемого манометра,
При прямом ходе	Погрешность	При обратном ходе	Погрешность

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

___________________________________________

____________________________________________

ВЫВОДЫ

__________________________________________

____________________________________________

Вопросы для подготовки к защите работы.

Дать определение давления внутри жидкости и газа.
Сформулировать свойство гидростатического давления.
Объяснить использование закона Паскаля в грузопоршневом манометре.
Привести единицы измерения давления и связь между ними.
Привести связь между абсолютным, избыточным, атмосферным давлениями и давлением вакуума.
Объяснить принцип действия жидкостных и механических приборов для измерения давления.
Дать определение классу точности приборов для измерения давления.
Дать определение наибольшей приведенной погрешности манометра.
Объяснить понятие «поверка манометров».
Объяснить правила регулировки механического манометра.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХ

Воспользуйтесь поиском по сайту: