Flüssiger Typ

r,
cm

W,
cm 3

Δ T,
Zu

l,
cm

Δ W,
cm 3

β T ,
K-1

β T * ,
K-1

Alkohol

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION Togliatti State University

Institut für Bauingenieurwesen Abteilung "Wasserversorgung und Abwasserentsorgung"

METHODISCHE ANWEISUNGEN

zur Laborarbeit zum Fachgebiet "HYDRAULIK"

für Studienberater

Togliatti 2007

UDC 532,5 (533,6)

Leitfaden für Laborarbeiten im Fachgebiet „Hydraulik“ für Studierende der Baufachrichtungen Vollzeitstudium. /Komp. Kalinin A.V., Lushkin I.A. - Togliatti: TSU, 2006.

Die Ziele, Ziele und das Programm der Laborarbeit werden skizziert, Anweisungen zur Vorbereitung auf die Arbeit und deren Durchführung gegeben.

Abb.12. Tab. 8. Bibliographie: 5 Titel.

Zusammengestellt von: Kalinin A.V., Lushkin I.A. Wissenschaftlicher Herausgeber: Vdovin Yu.I.

Genehmigt von der Redaktions- und Veröffentlichungsabteilung des Methodologischen Rates des Instituts.

© Staatliche Universität Togliatti, 2007

Anleitung für Laborarbeiten

Grundlage des Studiums ist der Erwerb der Grundfertigkeiten der Studierenden zur Durchführung von Forschungsarbeiten, zum Verstehen der Ergebnisse der Laborforschung, zum Präsentieren und Verteidigen der Ergebnisse. Laborarbeiten werden in den Laboren der Abteilung „Wasserversorgung und Abwasserentsorgung“ durchgeführt. Im Laufe der Arbeit hat der Student die Möglichkeit, die in der Flüssigkeit auftretenden Phänomene zu sehen und zu studieren, physikalische Größen zu messen, die Methodik des Aufbaus von Experimenten zu beherrschen und die Fähigkeiten zur Verarbeitung der als Ergebnis des Experiments erhaltenen Daten zu erwerben , präsentiert die Ergebnisse der Studie. Während der Laborarbeit muss der Student den Umgang mit Messgeräten erlernen.

Vor der Durchführung von Laborarbeiten wird das Wissen des Studenten über theoretisches Material zum Thema experimentelle Forschung überwacht. Die Kontrolle erfolgt durch einen wissenschaftlichen Berater in Testform. Ein Student darf Laborarbeiten durchführen, wenn er 40 % der Testfragen richtig beantwortet hat.

In den Laborarbeiten Nr. 4 und Nr. 5 muss der Student die Parameter des physikalischen Modells berechnen, bevor er eine experimentelle Studie durchführt. Die Ergebnisse der Berechnung werden dem wissenschaftlichen Berater vorgelegt. Für den Fall, dass die Berechnung durch den Studenten nicht durchgeführt wurde, wird der Student nicht zur Pilotstudie zugelassen.

Die Ergebnisse der durchgeführten experimentellen Studie werden in Form eines Berichts präsentiert. Der Bericht enthält: den Zweck der Arbeit, das Schema der Installation, die wichtigsten Berechnungsformeln, Tabellen mit Messungen und Berechnungen, Grafiken, Schlussfolgerungen. Die Ergebnisse der Studie werden nach Überprüfung durch einen akademischen Berater in die Berechnung einer kurzen Pipeline einbezogen.

Beschreibung des universellen Hydraulikstativs GS - 3

Das universelle Hydraulikstativ (siehe Abb. 1) ist für Labor- und Forschungsarbeiten konzipiert, deren Zweck es ist, die Gesetzmäßigkeiten der Flüssigkeitsbewegung zu untersuchen. Der Hydrostand wurde am Department of Thermal Engineering and Thermal Engines der Samara State Aerodynamic University entwickelt.

Die Hauptelemente des Hydrostands:

Druck- und Empfangsgerät;

Arbeitsbereich;

Pumpe;

Messinstrumente.

Auf dem Gestell 4 befindet sich ein Druckbehälter 2 aus Edelstahl in Form einer Kugel. Der Druckbehälter weist ein Ausgangsrohr 3 auf, an dem der Arbeitsabschnitt 15 mit Hilfe einer Dichtung befestigt ist.

Bei geöffnetem Ventil 8 tritt Wasser in die Druckleitung von Pumpe 9. Während des Versuchs müssen Zulaufventil 6 und Ablaufventil 7 geschlossen sein. Der Wasserdurchfluss durch den Arbeitsraum wird durch das Ventil 18 am Ausgang des Arbeitsraums und durch das Ventil 8 geregelt

Reis. 1. Schema des hydraulischen Ständers

Die Aufnahmevorrichtung ist ein Tank 22, der mit der Ablaufleitung 12 verbunden ist. Oberhalb des Aufnahmetanks auf der Konsole 10 ist ein Messtank 20 angebracht, um den Wasserdurchfluss zu messen. Auf der Konsole ist eine Wanne 11 installiert, die verwendet wird, um Wasser zu sammeln und es in einen Messbehälter 20 abzulassen. Am Boden des Messbehälters befindet sich ein Ventil 21, das durch einen Hebelmechanismus gesteuert wird

Messgeräte sind durch eine piezometrische Abschirmung 13 dargestellt, auf der sieben Glasröhrchen montiert sind. Der Überdruck im Druckbehälter wird mit einem Standardmanometer 1 gemessen. Beim Messen des Wasserdurchflusses wird gleichzeitig mit dem Schließen des Ventils am Bedienfeld 5 eine elektrische Stoppuhr eingeschaltet. Nachdem ein bestimmtes Volumen des Messbehälters (3 Liter) mit Wasser gefüllt wurde, schließt der Kontakt des Niveauschalters bei gleichzeitigem Stopp der elektrischen Stoppuhr.

Der Hydraulikständer arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf, indem Wasser aus dem Vorratstank gepumpt, in den Aufnahmetank abgelassen und unter Druck dem Vorratstank zugeführt wird.

Laborarbeit Nr. 1 Bestimmung des Wertes des Viskositätskoeffizienten von Wasser

1. Zweck der Arbeit: experimentelle Bestimmung des Werts des Viskositätskoeffizienten und der Dichte von Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Die Ergebnisse des Experiments werden bei der Berechnung einer kurzen Pipeline verwendet.

2. Arbeitsprogramm:

2.1 Bestimmen Sie die Viskosität von Wasser bei einer gegebenen Temperatur mit einem Engle-Viskosimeter

2.2 Messen Sie die Dichte der Flüssigkeit mit einem Aräometer. 2.3 Stellen Sie die dynamische Viskosität der Testflüssigkeit ein.

3. Beschreibung des Laboraufbaus und der Messinstrumente

Engler-Viskosimeter(Fig. 2) besteht aus einem Metallzylinder 1 mit einem kugelförmigen Boden mit einem Loch. Das Loch wird mit einem Stab 2 verschlossen. Bei der Untersuchung der Abhängigkeit der Viskositätsänderung einer Flüssigkeit von der Temperatur wird der Zylinder in ein Wasserbad 3 mit einstellbarer Wasserheizung gestellt.

Abb. 2. Engler-Viskosimeter

Das Funktionsprinzip des Aräometers (siehe Abb. 3) basiert auf der Anwendung des Archimedischen Gesetzes, wonach die Kraft des Archimedes senkrecht nach oben auf einen in einer Flüssigkeit befindlichen Körper wirkt. Die Größe dieser Kraft hängt von der Dichte der Flüssigkeit ab. Je größer die Dichte der Flüssigkeit ist, in der der Körper platziert wird, desto größer ist die archimedische Kraft, die den Körper aus der Flüssigkeit drückt. Es ist möglich, Markierungen in Form eines Schwimmers auf dem Körper anzubringen, die unterschiedlichen Dichtewerten entsprechen, und je nachdem, wie stark ein solcher „Schwimmer“ über der Flüssigkeitsoberfläche sichtbar ist, beurteilen Sie die Dichte davon flüssig.

Reis. 3. Aräometer

4. Reihenfolge der Arbeitsausführung:

4.1. Gießen Sie ≈ 250 cm 3 der untersuchten Flüssigkeit in Zylinder 1 und stellen Sie ein Messgefäß unter das Loch.

4.2. Mit Stange 2 öffnen wir ein Loch im Zylinder und schalten gleichzeitig die Stoppuhr ein.

4.3. Bestimmen Sie die Zeit τ 1 Ausfluss aus dem Zylinder von 200 cm3 der untersuchten Flüssigkeit bei Raumtemperatur. Der Versuch wird mindestens 3 mal wiederholt.

4.4. Wischen Sie den Zylinder vorsichtig aus und gießen Sie ihn mit geschlossenem unteren Loch hinein ≈ 250 cm 3 Referenzflüssigkeit (destilliertes Wasser).

4.6. Bestimmen Sie die Ablaufzeit τ 2 Referenzflüssigkeit.

4.7. Zur Bestimmung der Dichte ρ wird die zu untersuchende Flüssigkeit in einen hohen Messbecher gegossen. Wir senken das Aräometer in das Glas und bestimmen die Dichte der Flüssigkeit anhand der Aräometerskala.

4.8. Wir bestimmen die durchschnittliche Ablaufzeit τ 1sr und τ2sr

τ cf = τ " + τ " + ... + τ n , n

wobei n die Anzahl der Messungen ist. 4.9. Grad berechnen Engler

°E \u003d τ 1sr.

τ 2sr

4.10. Wir bestimmen den Koeffizienten der kinematischen Viskosität ν nach der Ubelode-Formel

ν = (0,0732°Oe − 0,0631°Oe) .

4.11. Wir finden den dynamischen Viskositätskoeffizienten μ mit der Formel

ν = μ ρ .

4.12. Die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst und werden bei der Berechnung einer kurzen Pipeline verwendet

Tabelle 1

5. Schlussfolgerungen

Viskosität der Prüfflüssigkeit

Laborarbeit Nr. 2 Studium der Gesetze der Flüssigkeitsbewegung

1. Zweck der Arbeit: Experimentelle Bestätigung der Schlussfolgerungen aus dem Studium des Themas "Grundlagen der Fluiddynamik und -kinematik", Erwerb von Fähigkeiten zum Bau einer Druckleitung und einer piezometrischen Leitung einer kurzen Rohrleitung.

2. Arbeitsprogramm:

2.1 Bestimmen Sie den Druck H an drei Punkten auf der Rohrachse, ermitteln Sie den Druckverlust. 2.2 Bestimmen Sie die Strömungsgeschwindigkeit auf der Rohrachse.

2.3 Erstellen Sie Diagramme der Änderungen der Gesamthöhe H und der hydrostatischen Höhe H p entlang der Rohrlänge.

3. Beschreibung der Anlage. Laborarbeiten werden im Labor für Hydraulik des Fachbereichs V&V durchgeführt. Der Arbeitsabschnitt des Hydraulikständers, an dem die Arbeiten ausgeführt werden, ist ein geneigtes Metallrohr mit variablem Querschnitt (Abb. 4). Piezometrische Rohre und Staurohre sind in den Abschnitten 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 und 5-5 installiert, um den statischen Druck und den Gesamtdruck der Flüssigkeit zu messen. Der Flüssigkeitsdurchfluss im Rohr wird durch ein Ventil gesteuert, das sich am Ende des Arbeitsabschnitts des Ständers befindet.

Reis. 4. Schema des Arbeitsabschnitts des Hydrostands

4. Reihenfolge der Arbeitsausführung:

4.1. Wir schalten die Installation ein.

4.2. Wir öffnen das Ventil am Ende des Arbeitsabschnitts des Ständers.

4.3. Wir messen den Abstand zwischen Rohrabschnitten l und die Ordinate z in jedem Abschnitt.

4.3. Nachdem die Luftblasen aus den Rohren austreten, zeichnen wir die Messwerte der Piezometer auf

und Staurohre in allen Abschnitten.

4.4. Deaktivieren Sie die Installation.

4.5. Bestimmen Sie den Energieverlust zwischen den Abschnitten

h w 1− 2 = H 1 − H 2 , h w 2 − 3 = H 2 − H 3 usw.,

wo h w 1 - 2 - Druckverlust zwischen den Abschnitten 1-1 und 2-2; h w 2 - 3 - Druckverlust zwischen den Abschnitten 2-2 und 3-3; H 1, H 2, H 3 - Pitotrohr-Messwerte in den Abschnitten 1-1, 2-2 und 3-3.

4.6. Wir finden die gemessene Geschwindigkeitshöhe in jedem Abschnitt

wo H i - Messwerte des Pitot-Rohrs im entsprechenden Abschnitt; H pi - Messwerte des piezometrischen Rohrs im entsprechenden Abschnitt.

4.7. Bestimmen Sie die Strömungsgeschwindigkeit auf der Rohrachse

υ = 2gh υ .

4.8. Die Forschungsergebnisse sind in Tabelle 2 festgehalten. Tabelle 2

Laborarbeiten zur Hydraulik - Abteilung Bildung, Landwirtschaftsministerium der Russischen Föderation...

Fachbereich Umweltingenieurwesen,

Konstruktion und Hydraulik

GPD.F.03 Hydraulik

Opd.f.02.05 Hydraulik

GPD.F.07.01 Hydraulik

GPD.F.08.03 HYDRAULIK

GPD.F.07 Hydraulik und hydraulische Maschinen

GPD.R.03 ANGEWANDTE HYDROMECHANIK

GPD.F.08 WASSERGASDYNAMIK

Laborarbeiten in der Hydraulik

Richtlinien

Labor Nr. 1

MESSUNG DER HAUPTHYDRAULIK

FLÜSSIGE EIGENSCHAFTEN

Allgemeine Information

Unter Laborpraxis und Produktionsbedingungen werden folgende Parameter gemessen: Füllstand, Druck und Flüssigkeitsdurchfluss.

Füllstandsmessung. Das einfachste Instrument ist ein Glasrohr, das am unteren Ende mit einem offenen Reservoir verbunden ist, in dem der Füllstand bestimmt wird. In einem Rohr und einem Tank, wie in kommunizierenden Gefäßen, ist die Position des Flüssigkeitsspiegels dieselbe.

Schwimmer-Füllstandsanzeiger sind weit verbreitet (in Kraftstofftanks, automatischen Sammeltränken, verschiedenen technologischen Tanks). Der Arbeitskörper des Geräts - der Schwimmer - folgt der Messung des Flüssigkeitsstands, und die Messwerte auf der Skala ändern sich entsprechend. Die mechanische Auf- und Abwärtsbewegung des Schwimmers (Primärsensor) kann über einen Regelwiderstand oder eine Induktivität in ein elektrisches Signal umgewandelt und von einem Sekundärgerät erfasst werden. In diesem Fall ist eine Fernübertragung der Messwerte möglich.

Von den Instrumenten, die auf indirekten Methoden zur Sollwertbestimmung basieren, ist das kapazitive Füllstandsmessgerät von größtem Interesse. Es verwendet eine Metallelektrode als Sensor, die mit einer dünnen Kunststoffisolierung bedeckt ist. Das Elektroden-Flüssigkeits-Reservoir-System bildet bei eingeschaltetem Strom einen Kondensator, dessen Kapazität vom Füllstand der Flüssigkeit abhängt. Zu den Nachteilen kapazitiver Sensoren gehört eine erhebliche Abhängigkeit der Messwerte vom Zustand der Elektrodenisolation.

Druckmessung . Geräte zur Messung des atmosphärischen Drucks (Barometer), des Überdrucks (Manometer - bei p ex > 0 und Vakuummeter - bei p ex<0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры).

Nach dem Funktionsprinzip werden Flüssigkeits- und Federgeräte unterschieden.

In flüssigen Geräten der gemessene Druck wird durch eine Flüssigkeitssäule ausgeglichen, deren Höhe als Druckmaß dient. Das Piezometer zeichnet sich durch sein einfaches Design aus, bei dem es sich um ein vertikales Glasrohr handelt, das mit seinem unteren Ende mit einem Ort verbunden ist

Druckmessungen (Abb. 1.1a).

Abbildung 1.1 Flüssige Instrumente:

a) ein Piezometer;

b) U-förmiges Rohr

Der Druckwert an der Verbindungsstelle wird durch die Höhe h des Flüssigkeitsanstiegs im Piezometer bestimmt: р=rgh, wobei r die Dichte der Flüssigkeit ist.

Piezometer eignen sich zum Messen kleiner Überdrücke - etwa 0,1-0,2 at. Funktional sind die Möglichkeiten für Zweirohr-U-förmige Geräte (Abb. 1.1b), die als Manometer, Vakuummeter und Differenzdruckmesser verwendet werden, breiter. Das Glasrohr des Instruments kann mit einer schwereren Flüssigkeit (z. B. Quecksilber) gefüllt werden. Flüssiginstrumente haben eine relativ hohe Genauigkeit, sie werden für technische Messungen sowie zur Kalibrierung und Überprüfung anderer Instrumententypen verwendet.

Im Frühjahr Geräte der gemessene Druck wird von einem elastischen Element (Rohrfeder, Membran, Faltenbalg) wahrgenommen, dessen Verformung als Druckmaß dient. Weit verbreitete Geräte mit Rohrfedern. Bei einem solchen Gerät ist das untere offene Ende des Ovalrohrs (Abb. 1.2a) starr im Gehäuse fixiert und das obere (geschlossene) Ende frei im Raum.

Unter der Wirkung des Drucks des Mediums neigt das Rohr dazu, sich zu entspannen (wenn p > p at) oder umgekehrt noch mehr zu biegen (wenn p<р ат). В показывающих приборах упругий элемент, перемещаясь, воздействует через передаточный механизм на стрелку и по шкале ведется отсчет измеряемого давления. В приборах с дистанционной передачей показаний механическое перемещение упругого элемента преобразуется в электрический (или пневматический) сигнал, который регистрируется вторичным прибором.

Abbildung 1.2 Federvorrichtungen:

a) mit Rohrfeder;

b) Faltenbalg; c) Membran

Nach der Genauigkeitsklasse werden Geräte mit einwindigen Rohrfedern unterteilt in:

Technisch (für gewöhnliche Messungen - Genauigkeitsklasse 1,5; 2,5; 4,0);

Vorbildlich (für genaue Messungen - Genauigkeitsklasse 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0);

Kontrolle (zur Überprüfung technischer Vorstufen - Genauigkeitsklasse 0,5 und 1,0).

Die Genauigkeitsklasse ist auf dem Ziffernblatt des Instruments angegeben; sie charakterisiert den Grenzfehler des Gerätes in % des Skalenhöchstwertes unter Normalbedingungen (t=20°C, p=760 mm Hg).

Durchflussmessung. Die einfachste und genaueste Methode zur Bestimmung des Flüssigkeitsdurchflusses ist die volumetrische Messung mit einem Messgefäß. Die Messung reduziert sich auf die Erfassung der Füllzeit T eines Gefäßes mit bekanntem Volumen W. Dann ist die Durchflussrate Q=W/T. Unter Produktionsbedingungen werden verschiedene Volumen- und Hochgeschwindigkeitszähler (Flügelrad und Turbine) als Zähler für die Menge an flüssigem W verwendet. Das Verfahren erlaubt es, die zeitlich gemittelten Werte von Q zu bestimmen.

a) b) in)

Abbildung 2.5 Flüssigkeitszähler:

a− volumetrisch mit Ovalrädern; b− Rotation;

in− Highspeed mit Flügeldrehteller

Zur Messung momentaner Durchflussmengen in Druckrohrleitungen werden verschiedene Arten von Durchflussmessern verwendet (Abb. 1.4). Bequem für

Messungen Durchflussmesser mit Verengungseinrichtungen. Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf der Erzeugung einer Differenz des statischen Drucks in der Strömung mit Hilfe einer Verengungsvorrichtung (z. B. einer Membran) und deren Messung mit einem Differenzdruckmesser (Abb. 1.4b). Der Flüssigkeitsdurchfluss wird durch die Kalibrierkurve Q = f(h) oder durch die Formel bestimmt:

Q = mÀÖ2gh, (2.2)

wobei m der Durchflusskoeffizient der Verengungsvorrichtung ist;

h ist der Messwert des Differenzdruckmessers;

A ist die Konstante des Durchflussmessers;

wobei D der Durchmesser der Rohrleitung ist;

d ist der Durchmesser der Öffnung der Verengungsvorrichtung.

Abbildung 1.4 Flüssigkeitszähler:

a) konstanter Differenzdruck (Rotameter);

b) variabler Druckabfall

(mit einer Verengungsvorrichtung - einem Diaphragma);

c) Induktion

Zielsetzung

Machen Sie sich mit dem Gerät, der Funktionsweise und dem Betrieb von Geräten zur Messung von Füllstand, Druck und Durchfluss von Flüssigkeiten vertraut; lernen Sie die Methode zur Kalibrierung von Durchflussmessern kennen.

Arbeitsauftrag

Labor Nr. 2

Experimentelle Untersuchung der Gleichung

Bernoulli

Allgemeine Information

Für eine stetige, gleichmäßig variierende Bewegung einer realen Flüssigkeit hat die Bernoulli-Gleichung die Form:

z 1 + , (2.1)

wobei z 1 , z 2 die Höhen der Lage der Schwerpunkte der Abschnitte 1 und 2 sind;

р 1 , р 2 - Druck in Abschnitten;

u 1 , u 2 - durchschnittliche Durchflussraten in Abschnitten;

a 1 ,a 2 - Koeffizienten der kinetischen Energie.

Aus energetischer Sicht:

z ist die spezifische potentielle Energie der Position (geometrischer Kopf);

Spezifische potentielle Druckenergie (piezometrischer Druck);

Spezifische kinetische Energie (Geschwindigkeitshöhe).

Die Summe z ++ = H drückt die gesamte spezifische Energie des Fluids (Gesamtförderhöhe) aus.

Aus Gleichung (2.1) folgt, dass bei Bewegung eines realen Fluids die Gesamtförderhöhe stromabwärts abnimmt (H 2<Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений.

Eine Abnahme der Gesamtförderhöhe spiegelt sich in gewisser Weise auch in ihren Komponenten wider - piezometrischer Druck und Geschwindigkeitsdruck. Die Art der Druckänderungen in einem bestimmten hydraulischen System ist von praktischem Interesse und kann visuell empirisch untersucht werden.

Zielsetzung

Bestätigen Sie experimentell die Gültigkeit der Gleichung

Bernoulli: Feststellung der Art der Änderung des Gesamtdrucks, des piezometrischen Drucks und des Geschwindigkeitsdrucks während der Bewegung des Fluids in der untersuchten Rohrleitung.

Methodik erfahren

Laborarbeiten können auf einer spezialisierten Installation und einem universellen Stativ durchgeführt werden.

Im ersten Fall werden in den Kontrollstrecken der Versuchsstrecke piezometrische und Gesamthöhen bei konstantem Flüssigkeitsstrom gemessen, im zweiten Fall nur piezometrisch mit anschließender Berechnung der Gesamthöhen.

Basierend auf den experimentellen Daten wird ein Kopfdiagramm konstruiert und eine Analyse der Änderung entlang des Flusses der Komponenten der Bernoulli-Gleichung durchgeführt.

Beschreibung der Pilotanlage

Arbeitsablauf

Verarbeitung experimenteller Daten

Eine Analyse des Druckdiagramms wird gegeben. Es wird eine Schlussfolgerung über die Art der Änderung des Gesamtdrucks, des piezometrischen Drucks und des Geschwindigkeitsdrucks entlang der Strömung mit entsprechenden Erläuterungen gegeben.

Testfragen

1. Was ist die physikalische Bedeutung der Bernoulli-Gleichung?

2. Erklären Sie die Begriffe geometrischer, piezometrischer und totaler Druck?

4. Was zeigen Druck- und Piezometerlinien?

5. Was bestimmt die Art der Änderung des Gesamtdrucks, des piezometrischen Drucks und des Geschwindigkeitsdrucks entlang der Strömung?

6. Durch welche Energie einer bewegten Flüssigkeit werden hydraulische Widerstände überwunden?

Labor Nr. 3

Untersuchung der Bewegungsarten von Flüssigkeiten

Allgemeine Information

Wenn sich eine Flüssigkeit in einer Rohrleitung (Kanal) bewegt, sind zwei Strömungsregime möglich: laminar und turbulent.

Das laminare Regime ist durch eine geschichtete, geordnete Bewegung gekennzeichnet, bei der sich einzelne Flüssigkeitsschichten relativ zueinander bewegen, ohne sich miteinander zu vermischen. Ein in eine laminare Wasserströmung eingebrachter Farbstrahl wird von der Umgebung nicht weggespült und sieht aus wie ein gespannter Faden.

Das turbulente Regime ist durch ungeordnete, chaotische Bewegung gekennzeichnet, wenn sich Fluidpartikel auf komplexen, sich ständig ändernden Bahnen bewegen. Das Vorhandensein von Quergeschwindigkeitskomponenten in einer turbulenten Strömung bewirkt eine intensive Durchmischung der Flüssigkeit. In diesem Fall kann der Farbstrahl nicht selbstständig existieren und zerfällt in Form von Wirbeln über den gesamten Rohrquerschnitt.

Experimente haben ergeben, dass die Bewegungsart von der mittleren Geschwindigkeit u, dem Rohrdurchmesser d, der Fluiddichte r und seiner absoluten Viskosität m abhängt. Zur Charakterisierung des Regimes ist es üblich, eine Reihe dieser Größen zu verwenden, die auf bestimmte Weise zu einem dimensionslosen Komplex zusammengefasst werden - der Reynolds-Zahl

wobei n = m/r der kinematische Viskositätskoeffizient ist.

Die dem Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung entsprechende Reynolds-Zahl wird als kritisch bezeichnet und mit Re cr bezeichnet. Es sollte betont werden, dass der Wert von Re cr aufgrund der Instabilität der Fluidströmung an der Grenze des laminaren und des turbulenten Regimes nicht streng definiert ist. Für zylindrische Rohre während der Wasserbewegung unter Berücksichtigung der Bedingungen des Strömungseinlasses, der Rauheit der Wände, des Vorhandenseins anfänglicher Störungen Re kr = 580-2000. In Berechnungen wird normalerweise Re kr »2300 angenommen.

Bei Re Re kr - turbulent.

In den meisten technischen Anwendungen, die mit der Bewegung von Medien mit niedriger Viskosität (Wasser, Luft, Gas, Dampf) verbunden sind, wird ein turbulentes Regime implementiert - Wasserversorgung, Belüftung, Gasversorgung, Wärmeversorgungssysteme. Das laminare Regime findet in Filmwärmetauschern statt (wenn ein Kondensatfilm unter dem Einfluss der Schwerkraft abfließt), wenn Wasser in den Poren des Bodens gefiltert wird, wenn viskose Flüssigkeiten durch Rohrleitungen strömen.

Zielsetzung

Visuelle Beobachtungen stellen die Art der Bewegung der Flüssigkeit unter verschiedenen Modi fest; die Methodik zur Berechnung des Druckregimes zu beherrschen; Bestimmen Sie für die Pilotanlage die kritische Reynolds-Zahl.

Beschreibung der Pilotanlage

Die Laborinstallation (Abbildung 3.1) umfasst einen Druckbehälter, eine Rohrleitung (mit einem transparenten Abschnitt zur visuellen Beobachtung), ein Gefäß mit einem Farbstoff und einen Messbehälter.

Das Gefäß mit dem Farbstoff wird mittels eines Dreibeins an der Wand des Druckbehälters befestigt und ist mit einem Schlauch zum Zuführen des Farbstoffs zu dem in der Rohrleitung fließenden Wasserstrom ausgestattet. Die Durchflussmenge wird über das Regelventil eingestellt und über einen Messbehälter ermittelt.

Arbeitsauftrag

Verarbeitung experimenteller Daten

Analyse der Ergebnisse. Schlussfolgerungen der Arbeit

Es wird eine Analyse visueller Beobachtungen der Natur der Flüssigkeitsbewegung in verschiedenen Modi gegeben. Der Wert der kritischen Reynolds-Zahl für die Pilotanlage und die Ergebnisse der rechnerischen Bestimmung des Regimes werden notiert.

Testfragen

1. Welche Fluidströmungsregime kennen Sie?

2. Erklären Sie die Methode zur experimentellen Bestimmung des Strömungsregimes.

3. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen einem turbulenten und einem laminaren Regime?

4. Wie wird das Strömungsregime rechnerisch ermittelt?

5. Definieren Sie die kritische Reynolds-Zahl.

6. Nennen Sie Beispiele für technische Systeme (Geräte), in denen: a) Laminarströmung; b) turbulentes Regime.

Labor Nr. 4

Bestimmung des hydraulischen Koeffizienten

Reibung

Allgemeine Information

Ein sich gleichmäßig in einem Rohr (Kanal) bewegender Flüssigkeitsstrom verliert einen Teil seiner Energie durch Reibung an der Rohroberfläche sowie durch innere Reibung in der Flüssigkeit selbst. Diese Verluste werden als Druckverlust über die Länge der Strömung oder als Reibungsdruckverlust bezeichnet.

Nach der Bernoulli-Gleichung der Druckverlust entlang der Länge eines horizontalen Rohres mit konstantem Durchmesser

h dl = , (4.1)

wo sind die piezometrischen Köpfe in den betrachteten Abschnitten?

Experimente zeigen, dass der Druckverlust entlang der Länge proportional zum dimensionslosen Koeffizienten l ist, abhängig von der Länge l und dem Durchmesser d der Rohrleitung die mittlere Geschwindigkeit u. Diese Abhängigkeit wird durch die bekannte Darcy-Weisbach-Formel hergestellt

hdl = . (4.2)

Der den Reibungswiderstand charakterisierende Beiwert l hängt im Allgemeinen von der Reynolds-Zahl Re und der relativen Rauheit der Rohrwände D/d ab (wobei D die absolute Größe der Rauheitsvorsprünge ist). Die Auswirkung dieser Größen auf den Koeffizienten l in laminaren und turbulenten Regimen ist jedoch unterschiedlich.

Im laminaren Bereich beeinflusst die Rauheit den Reibungswiderstand nicht. In diesem Fall ist l = f(Re) und die Berechnung erfolgt nach der Formel

l = 64/Re. (4.3)

Im turbulenten Bereich wird der Einfluss von Re und D/d durch den Wert der Reynolds-Zahl bestimmt. Für relativ kleine Re sowie für den laminaren Bereich ist der Koeffizient l nur eine Funktion der Reynolds-Zahl Re (der Bereich hydraulisch glatter Rohre). Für die Berechnung gelten hier die Formeln von G. Blasius für Re £ 10 5:

l = 0,316/Re 0,25 , (4,4)

und Formel g.K. Konakov bei Re £ 3 × 10 6:

Im Bereich mittlerer Reynolds-Zahlen ist l = f(Re,) und eine gute Übereinstimmung mit dem Experiment ist durch die Formel von A.D. Altshulya:

Für ausreichend große Werte von Re (entwickelte turbulente Strömung) ist der Einfluss der viskosen Reibung unbedeutend und der Koeffizient l = f(D/d) ist der sogenannte Bereich vollständig rauer Rohre. In diesem Fall kann die Berechnung nach der Formel von B.L. Schifrinson:

Die obigen und andere wohlbekannte empirische Formeln zur Bestimmung des hydraulischen Reibungskoeffizienten werden durch Verarbeitung der experimentellen Graphen erhalten. Durch Vergleich der Ergebnisse der Berechnung von l unter Verwendung dieser Formeln mit experimentellen Werten kann man die Zuverlässigkeit der Experimente bewerten.

Zielsetzung

Beherrschung der Methode der experimentellen Bestimmung des hydraulischen Reibungskoeffizienten; Stellen Sie für die Versuchsbedingungen die Abhängigkeit des hydraulischen Reibungskoeffizienten vom Fluidströmungsregime fest und vergleichen Sie die erhaltenen Ergebnisse mit Berechnungen unter Verwendung empirischer Formeln.

Methodik erfahren

Der hydraulische Reibungskoeffizient wird indirekt mit der Darcy-Weisbach-Formel (4.2) bestimmt. Gleichzeitig ergibt sich direkt aus Erfahrung der Druckverlust h dl aus der Differenz der piezometrischen Druckhöhen am Anfang und Ende des untersuchten Rohrleitungsabschnitts und die Bewegungsgeschwindigkeit u aus dem Flüssigkeitsdurchfluss Q.

Die Abhängigkeit l = f(Re) wird festgestellt, indem Experimente für verschiedene Arten der Flüssigkeitsbewegung durchgeführt und ein geeigneter Graph konstruiert wird.

Beschreibung der Pilotanlage

Der Laboraufbau (Abbildung 4.1) umfasst einen Druckbehälter, eine Versuchsleitung und einen Messbehälter.

Experimentelle Rohrleitung - horizontaler, konstanter Abschnitt (l = 1,2 m, d = 25 mm). Im Abschnitt zur Ermittlung der Druckverluste befinden sich zwei statische Drucknippel, die mit Hilfe von Gummischläuchen mit Piezometern verbunden sind. Hinter der Messstrecke ist ein Ventil zur Regulierung des Wasserdurchflusses montiert.

Arbeitsablauf

Verarbeitung experimenteller Daten

Analyse der Ergebnisse. Fazit zur Arbeit

Labor Nr. 5

Bestimmung des lokalen Koeffizienten

Widerstand

Allgemeine Information

In echten Hydrauliksystemen verliert eine sich bewegende Flüssigkeit mechanische Energie in geraden Rohrabschnitten sowie in Formstücken und Armaturen und anderen lokalen Widerständen. Energieverluste zur Überwindung örtlicher Widerstände (sogenannte örtliche Druckverluste) sind zum Teil auf Reibung zurückzuführen, aber in größerem Maße auf die Verformung der Strömung, ihre Ablösung von den Wänden und das Auftreten intensiver Wirbelströmungen.

Lokale Druckverluste werden rechnerisch nach der Weisbach-Formel ermittelt:

h m = z m (u 2 /2g), (5.1)

wobei z m der lokale Widerstandskoeffizient ist; zeigt, wie viel des Geschwindigkeitskopfes aufgewendet wird, um den Widerstand zu überwinden.

Der Wert von z m hängt im allgemeinen Fall von der Art des lokalen Widerstands und dem Strömungsregime ab. Die experimentellen Werte des Koeffizienten für den quadratischen Bereich des turbulenten Regimes sind in den Referenztabellen angegeben.

Zielsetzung

Beherrschung der Methode der experimentellen Bestimmung des Koeffizienten des lokalen Widerstands; den Koeffizienten z m für den untersuchten lokalen Widerstand empirisch bestimmen, seine Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl feststellen und die erhaltenen Daten mit den tabellarischen vergleichen.

Methodik erfahren

Beschreibung der Pilotanlage

Die Anlage zur experimentellen Bestimmung des Ortswiderstandsbeiwerts (Bild 5.1) umfasst einen Druckbehälter, eine Rohrleitung mit dem untersuchten Ortswiderstand und einen Messbehälter. An der Rohrleitung sind vor und hinter dem örtlichen Widerstand statische Drucknippel installiert, die mit Hilfe von Gummischläuchen mit Piezometern verbunden sind. Es gibt ein Ventil, um den Wasserfluss zu steuern.

Arbeitsablauf

Verarbeitung experimenteller Daten

Analyse der Ergebnisse

Was machen wir mit dem erhaltenen Material:

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