Методические указания к лабораторной работе Иллюстрация уравнения Бернулли

Название	Методические указания к лабораторной работе Иллюстрация уравнения Бернулли
	Г.В. Мангуткина
Дата конвертации	28.03.2013
Размер	151.39 Kb.
Тип	Методические указания

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Филиал УГНТУ в г. Салавате

Кафедра "Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки"

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ОПНН, доцент Зам. директора по учебной работе,

Н.М. Захаров _Г.И. Евдакимов

______________________2006 ________________________2006

Методические указания к лабораторной работе

Иллюстрация уравнения Бернулли.

Определение местных потерь напора

и потерь напора по длине

Дисциплина "Процессы и аппараты химической технологии

Ч.1. Гидравлика"

СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ

инженер по охране труда ассистент кафедры ОПНН

_____________Г.В. Мангуткина ______________М.О. Воробьев

________________________ _______________________

Салават 2006

Изложена физическая сущность построения линий энергии и теория расчета по уравнению Бернулли, определении потерь на местных сопротивлениях и по длине трубопровода. Приведены инструкции по выполнению лабораторной работы по дисциплине “Гидравлика и гидравлические машины”.

Методические указания предназначены для студентов специальности 240801.65 “Машины и аппараты химических производств” всех форм обучения.

© Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате 2006.

ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Цель работы: Опытное подтверждение уравнения Д. Бернулли, т.е. понижения механической энергии по течению и перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно (связи давления со скоростью).

1 Общие сведения

Уравнение Д. Бернулли выражает закон сохранения энергии и для двух сечений потока реальной жидкости в упрощенном виде записывается так:

Р₁/(g) + V₁²/(2g) = P₂/(g) + V₂²/(2g) + h_ТР,

где Р – давление;

V – средняя скорость потока в сечении;

 - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

h_ТР - суммарные потери напора на преодоление гидравлических сил трения между сечениями 1-1 и 2-2; индексы «1» и «2» указывают номер сечения, к которому относится величина.

Слагаемые уравнения выражают энергии, приходящиеся на единицу веса (силы тяжести) жидкости, которые в гидравлике принято называть напорами: Р/(g)=Н_п - пьезометрический напор (потенциальная энергия), V²/(2g)=Н_к - скоростной напор (кинетическая энергия), Р/(g) + V²/(2g) = H - полный напор (полная механическая энергия жидкости), h_ТР - потери напора (механической энергии за счет ее преобразования в тепловую энергию). Такие энергии измеряются в единицах длины, т.к. Дж/Н = Нм/Н = м.

Из уравнения следует, что в случае отсутствия теплообмена потока с внешней средой полная удельная энергия (включая тепловую) неизменна вдоль потока, и поэтому изменение одного вида энергии приводит к противоположному по знаку изменению другого. Таков энергетический смысл уравнения Бернулли. Например, при расширении потока скорость V и, следовательно, кинетическая энергия V²/(2g) уменьшаются, что в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенциальной энергии Р/(g). Другими словами, понижение скорости потока V по течению приводит к возрастанию давления Р, и наоборот.

2 Описание устройства для иллюстрации уравнения Бернулли

Устройство содержит баки 1 и 2, сообщаемые через опытные каналы переменного 3 и постоянного 4 сечений (рисунок 1). Каналы соединены между собой равномерно расположенными пьезометрами I-V, служащими для измерения пьезометрических напоров в характерных сечениях. Устройство заполнено подкрашенной водой. В одном из баков предусмотрена шкала 5 для измерения уровня воды.

При перевертывании устройства благодаря постоянству напора истечения Н_О во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

A

l

I II III IV V

1, 2 – баки; 3, 4 – опытные каналы переменного и постоянного сечения;
5 – уровнемерная шкала; I-V – пьезометры

Рисунок 1 - Схема устройства для иллюстрации уравнения Бернулли

3 Порядок выполнения работы

1 При заполненном водой баке 2 (рисунок 1) перевернуть устройство для получения течения в канале переменного сечения 3.

Снять показания пьезометров H_П=Р/(g) по нижним частям менисков воды в них.
Измерить время t перемещения уровня в баке на произвольно
заданную величину S.
По размерам А и В поперечного сечения бака, перемещению уровня S и времени t определить расход Q воды в канале, а затем скоростные Н_К и полные Н напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице 1.
Вычертить в масштабе канал с пьезометрами (рисунок 2). Соединив уровни жидкости в пьезометрах и центром выходного сечения VI, получить пьезометрическую линию 1, показывающую изменение потенциальной энергии (давления) вдоль потока. Для получения напорной линии 2 (линии полной механической энергии) отложить от оси канала полные напоры Н и соединить полученные точки.
Проанализировать изменение полной механической Н, потенциальной Р/(g) и кинетической V²/(2g) энергий жидкости вдоль потока; выяснить соответствие этих изменений уравнению Бернулли.

Таблица 1 – Обработка результатов опытов

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	Сечения канала
№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	I	II	III	IV	V	VI
1	Площадь сечения канала, см	
2	Средняя скорость, см/с	V = Q/
3	Пьезометрический напор, см	Н_П=Р/(g)
4	Скоростной напор, см	Н_К=V²/(2g)
5	Полный напор, см	H= P/(g) + V²/(2g)

А =... см; В =... см; S =... см; t =... с; Q = ABS / t =... см³/с

III

1, 2 - пьезометрическая и напорная линии; Н₁, Н₂- полные напоры (механические энергии) на входе и выходе из канала; h_ТР, h_д1, h_д2, h_ВС, h_Р, h_С- потери напора: суммарные, по длине на 1^ом и 2^ом участках, на внезапное сужение, на плавные расширения и сужения.

Рисунок 2 - Иллюстрация уравнения Бернулли

Контрольные вопросы

1 Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости.

2 Работа насадок.

3 Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.

4 Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.

5 Затопленное отверстие.

6 Основное уравнение равномерного движения.

7 Уравнение неразрывности потока в дифференциальной форме.

8 Местные сопротивления при внезапном расширении потока.

9 Уклоны гидравлический и пьезометрический.

10 Трубка Пито и водомер Вентури.

11 Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости.

12 Распределение скоростей по сечению в ламинарном и турбулентном потоке в круглой трубе.

13 Незатопленные отверстия.

14 Сопротивление по длине и местные сопротивления. Коэффициент местных сопротивлений.

15 Истечение жидкости из отверстий при переменном напоре. Определение времени опорожнения резервуара.

16 Уравнение Бернулли для элементарной струи жидкости.

17 Трубопроводы, назначения и классификация.

Правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы

1 К работе допускаются лица, ознакомившиеся с техникой безопасности в лаборатории.

2 Студент допускается к работе на лабораторной установке только после изучения методики проведения опыта.

3 Так как установка имеет легко бьющиеся части, то не допускать падения установки, резких ударов и прочих воздействий, могущих привести к разрушению.

список использованных источников

1 Башта Т.М., Руднев С.С. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. – М. Машиностроение . 1982. – 424с.

2 Чугаев Р.Р. Гидравлика. – М. Энергия. 1975. – 599 с.

3 Руднев С. С. Подвидз Л.Г. Лабораторный курс по гидравлике насосов и гидропередач. – М. Машиностроение. 1974. – 415 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТНЫХ ПОТЕРЬ НАПОРА

Цель работы: Определение опытным путем потерь напора на преодоление местных сопротивлений и сравнение их с рассчитанными по инженерным формулам.

1 Общие сведения

Местные потери напора (энергии) жидкости возникают на коротких участках трубопровода c препятствиями для потока, называемыми местными сопротивлениями (внезапное расширение и сужение труб, вентили, задвижки, клапаны, колена). В таких местах образуются циркуляционные зоны, на вращение жидкости в которых затрачивается часть механической энергии потока, называемая местными потерями напора. Величина местных потерь напора экспериментально определяется разностью полных напоров жидкости до и после местного сопротивления.

В инженерных расчетах для определения местных потерь напора используется формула h_М =  V²/(2g), где  - коэффициент местного сопротивления ( выбирается по справочнику); V – средняя скорость потока за местным сопротивлением.

2 Порядок выполнения работы

1 Перенести из таблицы 1 лабораторной работы “Иллюстрация уравнения Бернулли” значения площадей сечений и скоростей в таблицу 1.

2 Определить опытные значения местных потерь h_M (h_BC, h_P) из графика (рисунок 2 лабораторной работы “Иллюстрация уравнения Бернулли”).

Найти расчетные значения местных потерь, сравнить их с опытными и объяснить расхождения.

Таблица 1 – Вычисления местных потерь напора

№ п/п	Наименования величин	Обозначения, формулы	Вид сопротивления
			сужение		расширение
			1(II)	2(III)	1(IV)	2(V)
1	Площади сечений, см²	
2	Средние скорости за сопротивлением, см/с	V₂
3	Опытные значения местных потерь, см	h_М(h_ВС, h_р)
4	Коэффициенты местных сопротивлений	_ВС=0.5(1-₂/₁)
4	Коэффициенты местных сопротивлений	_ВР=(₂/₁ – 1)²
5	Расчетные значения местных потерь, см	h_M=  V₂²/(2g)

Примечание: _ВС, _ВР- коэффициенты для внезапных сужения и расширения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ

Цель работы: Освоение экспериментального и расчетного способов определения потерь напора на трение по длине.

1 Общие сведения

Потери напора по длине вызваны тормозящим действием стенок, приводящим к вязкостному трению частиц и струек жидкости друг о друга вдоль трубопровода. Они определяются по формуле:

h_ =  (l / d) V²/(2g),

где  - коэффициент гидравлического трения;

l, d – соответственно длина и внутренний диаметр трубы (канала);

V – средняя скорость.

В опытах потери напора по длине определяются разностью показаний пьезометров, установленных на концах опытного участка канала, т.к. скоростной напор не изменяется по пути.

2 Порядок выполнения работы

1 При заполненном водой баке 1 поставить устройство для иллюстрации уравнения Бернулли на стол баком 2 (рисунок 1 лабораторной работы “Иллюстрация уравнения Бернулли”).

Снять показания пьезометров I-V, измерить время t изменения уровня в баке на произвольно заданную величину S и температуру Т в помещении.
Построить по показаниям пьезометров пьезометрическую линию. На этой линии выделить участок с постоянным уклоном (обычно участок III-V), соответствующий равномерному течению. Определить его длину l и опытное значение потерь h_ по показаниям крайних пьезометров на нем (рисунок 1 лабораторной работы “Иллюстрация уравнения Бернулли”).
Найти число Рейнольдса и расчетное значение потерь напора h^*_ по порядку, указанному в таблице 1, и относительное расхождение опытного и расчетного значений потерь напора. Объяснить это расхождение.

Таблица 1 – Результаты опыта

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	Значения величин
1	2	3	4
1	Показания пьезометров, см	Р₁/(g),..., Р₅/(g)
2	Длина участка с равномерным движением, см	l

Продолжение таблицы

1	2	3	4
3	Опытное значение потерь напора по длине, см	h_ = P₃/(g) - P₅/(g)
4	Кинематический коэффициент вязкости воды, см²/c	 = 17.9/(1000+34Т+0.22Т²)
5	Число Рейнольдса	Rе = Vd/
6	Коэффициент трения при Re  2300 2300  Re  10d/ Re  10d/	 = 64/Re  = 0.316/Re^0.25  = 0.11(68/Re+/d)^0.25
7	Расчетное значение потерь напора по длине, см	h^*_ = (l/d) V²/(2g)
8	Относительное расхождение опытного и расчетного значений потерь	_h = (h_ - h^*_)/h_

d =... cм;  =... см²; А =... см; В =... см; Т =... ^оС; S =... cм; t =... c; Q = ABS/t =... см³/с; V = Q/ =... cм/с.

Примечание. Абсолютную шероховатость стенок канала принять равной

 = 0.001 мм.

Контрольные вопросы

Список использованных источников

Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо

не очень плохо

средне

хорошо

отлично

Ваша оценка этого документа будет первой.

Ваша оценка:

	Методические указания к лабораторной работе Москва 2010		Методические указания к лабораторной работе Измерение диэлектрической проницаемости Методические указания предназначены для специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и...
	Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности»		Методические указания к лабораторной работе Определение индуктивности катушки
	Методические указания к лабораторной работе Вихревое электрическое поле		Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе №13 Москва 1992
	Методические указания к лабораторной работе Моделирование электромагнитного поля в воздушном		Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» лабораторная работа №6
	Оценка эффективности действия защитного заземления методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» Иваново 2005 Предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности». Дан список контрольных вопросов		Методические указания по выполнению лабораторной работы №3 «Исследование вибрации и способов защиты от нее»

Методические указания к лабораторной работе Иллюстрация уравнения Бернулли

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ОПНН, доцент Зам. директора по учебной работе,

______________Н.М. Захаров _______________Г.И. Евдакимов

ИЛЛЮСТРАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Рисунок 1 - Схема устройства для иллюстрации уравнения Бернулли

Контрольные вопросы

список использованных источников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТНЫХ ПОТЕРЬ НАПОРА

Контрольные вопросы

Список использованных источников

Похожие:

Н.М. Захаров _Г.И. Евдакимов