Ministarstvo obrazovanja i znanosti Republike Tatarstan
GAPOU “Lenjinogorski naftni fakultet”
Predmet :
“Hidraulički proračuni za primjenu osnovnih zakona hidrostatike ”.
OP 12 Hidraulika
Specijalitet 21.02.01. "Razvoj i rad naftnih i plinskih polja"
Specijalitet 21.02.02. "Bušenje naftnih i plinskih bušotina"
Dobro II
Razvio učitelj posebne discipline
M. I. Brendjureva
Lenjinogorsk, 2016
Cilj rada : Znati primijeniti zakone hidrostatike za rješavanje praktičnih problema.
Oprema za nastavu : smjernice, kalkulatori, bilježnica, olovka.
Smjernice: Prilikom rješavanja zadataka najprije je potrebno proučiti odjeljak “Hidrostatika” - osnovni pojmovi, izvođenje osnovne jednadžbe hidrostatike, pritisak fluida na ravne i zakrivljene površine. Probleme rješavamo prema našim mogućnostima prema popisu.
opcija 1
Problem 1
Potrebno je odrediti prekomjerni tlak u najdubljem dijelu Svjetskog oceana (na dnu Mariinskog rova), ako je njegova dub.h, i prosječna gustoća vode.
Problem 2
Kerozin se skladišti u spremniku na vodenom jastuku. Visina vodenog slojah 1, sloj kerozina h 2 . Gustoća kerozina. Odredite silu pritiska na dno.
dupePodaci
Mogućnosti
h+ br., m
11000
9000
30 00
45 00
65 00
1040
1020
1030
1040
1035
h 1 + 0,2*broj, m
0,45
h 2, m
Kg/m3
h, m
D+ 0,3*№, m
ρ , kg/m3
1230
1200
1250
1300
1210
VU + br., 0 E
H+ br., m
R 0, 10 5, Pa
0,15
0,18
B, m
ρ w, kg/m 3
1100
Problem 3
Odredite silu pritiska na dno okomitog cilindričnog spremnika ako spremnik ima promjerd, napunjen uljem do visineh, gustoća ulja 900 kg/m 3 .
Zadatak 4.
Uvjetna viskoznost bitumenske emulzije na temperaturi od 20 0 SA VU 0 E, gustoća je jednaka ρ. Odredite dinamičku viskoznost bitumenske emulzije pri istoj temperaturi.
Problem 5
h 0 , širina zida b, gustoća tekućine ρ i .
opcija 2
Problem 1
Odrediti prekomjerni tlak na dnu dubine bušotineh, koji je ispunjen otopinom gline gustoće 1250 kg/m 3 .
Problem 2
Odredite pritisak na stijenku posude ispunjene vodom na dubinih s površine.
Problem 3
Pravokutni otvoreni spremnik dizajniran za skladištenjeVvoda. Odredite sile pritiska na stijenke i dno spremnika ako je širina dnab, i duljina.
Problem 4
Spremnik je napunjenVulje gustoće 800 kg/m 3 . Koliko je ulja gustoće 824 kg/m potrebno napuniti? 3 tako da gustoća smjese postane 814 kg/m 3 .
Problem 5
Konstruirajte dijagram hidrostatskog tlaka tekućine za okomitu stijenku, ako je visina navlažene površine H, a do polovice visine na stijenku djeluje tekućina gustoće ρ 1 , a na drugu polovicu djeluje tekućina gustoće ρ 2 .
dupePodaci
Mogućnosti
H+ br., m
H+ 0,1*№, m
V+ br., m 3
V+ br., m 3
N + br., m
ρ 1, kg/m 3
ρ 2, kg/m 3
1100
1000
1100
1200
1000
Opcija 3
Problem 1
Odrediti pritisak na unutarnju stijenku otvorenog kanala ispunjenog vodom na dubinihod površine, ako se zna da je barometarski tlak jednak P.
Problem 2
Otvoreni okomiti spremnik kvadratnog presjeka sa stranicom a, napunjen je vodom do visine H. Odredite ukupni tlak vode na bočnu stijenku i na dno spremnika.
Problem 3
Otvoreni rezervoar koji se širi prema dnu ima površinu dna od 1 m 2 , razina staložene vode jeh 1, razina ulja h 2 . Odredite silu pritiska na dno spremnika ako je ρ N =900 kg/m3, ρ B =1000 kg/m3.
Problem 4
Prilikom ispitivanja čvrstoće cilindra, on je napunjen vodom pod tlakom R. Nakon nekog vremena, uslijed istjecanja dijela vode kroz propuste, tlak u cilindru se prepolovio. Promjer cilindrad, visina h. Odredite količinu vode koja je iscurila tijekom ispitivanja.
dupePodaci
Mogućnosti
h, m
P + 10*Br., mm. rt. Umjetnost.
a, m
H, m
h 1m
h 2, m
Kg/m3
P, kgf/cm 2
d, mm
H, mm
1200
1000
1200
1300
H, m
R 0, 10 5, Pa
0,11
0,13
0,11
0,08
0,07
B, m
ρ w, kg/m 3
1000
1200
Problem 5
Konstruirati dijagram hidrostatskog tlaka za ravnu stijenku, grafički odrediti silu pritiska tekućine na stijenku i mjesto njezina djelovanja, ako je visina navlažene površineh, pritisak na slobodnu površinu tekućine P 0 , širina zida b, gustoća tekućine ρ i .
Pitanja za samokontrolu:
1. Objasnite što se naziva hidrostatski, vakuum i nadtlak, u kojim jedinicama se mjeri.
2. Objasnite kako je zapisan temeljni zakon hidrostatike.
3. Objasnite kako se određuje rezultanta sile pritiska na ravnu stijenku.
4. Objasnite kako se određuje rezultirajuća sila pritiska na zakrivljenu površinu.
Radionica predstavlja opise šesnaest laboratorijskih radova iz discipline "Hidraulika", od kojih svaki uključuje kratku teoriju, smjernice za izvođenje i ispitna pitanja. Referentni materijal nalazi se u dodatku. Rječnik pojmova sastoji se od korištenih pojmova i njihovih definicija.
Za studente koji studiraju na specijalnosti 19060365 "Servis prometnih i tehnoloških strojeva i opreme (Automobilski promet)" i 19050062 "Upravljanje vozilima".
PREDGOVOR
Proučavanje hidraulike od strane studenata specijalnosti motornog prometa uključuje izvođenje određene količine laboratorijskog rada. Ova zbirka sadrži opise laboratorijskih radova i smjernice za njihovo izvođenje.
Svrha laboratorijske radionice je da studenti učvrste gradivo predavanja i razviju vještine samostalan rad s instrumentima pri izvođenju pokusa, osposobljavanje metoda određivanja parametara fluida u gibanju i izvođenja proračuna te sposobnost zaključivanja na temelju dobivenih rezultata.
Svaki zadatak traje 2 sata. Budući da se pri proučavanju discipline neki dijelovi daju studentima za samostalno proučavanje, metodičke upute za svaki rad ukratko ocrtavaju teorijsko gradivo.
UVOD
Hidraulika je tehnička znanost koja proučava mehanička svojstva, zakone ravnoteže i kretanja tekućina. Pojam "tekućina" obuhvaća kapljične, praktički nestlačive tekućine i plinovite ili stlačive medije.
Teorijski pristup temelji se na Eulerovom principu kontinuiteta, prema kojem se tekućina ne promatra kao skup diskretnih materijalnih čestica, već kao kontinuum, tj. kontinuirani ili kontinuirani materijalni medij koji omogućuje neograničenu djeljivost njegovih čestica. Ovakav pogled na strukturu tvari prihvatljiv je ako su dimenzije volumena u kojima se promatra promatrana pojava dovoljno velike u usporedbi s dimenzijama molekula i njihovim slobodnim putem.
U hidraulici se široko koriste eksperimentalne metode istraživanja koje omogućuju ispravljanje teorijskih zaključaka koji odstupaju od stvarnih pojava.
Glavni dijelovi praktične hidraulike su: strujanje kroz cijevi, strujanje tekućine iz otvora i kroz mlaznice, interakcija strujanja s preprekama, kretanje u poroznim medijima (filtracija), kao i hidraulički strojevi.
LABORATORIJSKI RADOVI
Tema 1. PROUČAVANJE FIZIČKIH SVOJSTAVA
TEKUĆINE
Cilj rada: ovladati metodama mjerenja gustoće, toplinskog rastezanja, viskoznosti i površinske napetosti tekućina.
Opće informacije
Tvar u tekućem agregatnom stanju (tekuća faza) naziva se tekućinom. Tekuće agregatno stanje je srednje između čvrstog stanja, koje karakterizira očuvanje volumena, formiranje površine i posjedovanje određene vlačne čvrstoće, i plinovitog stanja, u kojem tvar poprima oblik posuda u kojoj se nalazi. U isto vrijeme, tekućina ima samo svoje inherentno svojstvo - fluidnost, tj. sposobnost plastične ili viskozne deformacije pod utjecajem bilo kakvih (uključujući proizvoljno malih) naprezanja. Fluidnost je karakterizirana vrijednošću obrnutom viskoznosti.
Glavne karakteristike tekućine su gustoća, stlačivost, toplinska ekspanzija, viskoznost i površinska napetost.
Gustoća homogene tvari naziva se omjer mase m tekućine na svoj volumen W:
ρ = m/ W.
Stišljivost– svojstvo tekućine da smanjuje svoj volumen pod utjecajem jednolikog tlaka. Ona se procjenjuje koeficijent stlačivosti str, pokazujući relativno smanjenje volumena tekućine Δ W/W s povećanjem tlaka Δ ρ po jedinici:
βρ = (Δ W/W)/Δ ρ .
Toplinska ekspanzija– svojstvo tekućine da mijenja volumen kada se zagrijava – karakterizirano pri konstantnom tlaku, koeficijent volumetrijskog toplinskog širenja T, koji je jednak relativnom volumenskom prirastu Δ W/W u slučaju promjene temperature T za jedan stupanj:
β T =(Δ W/W)/Δ T.
U pravilu, kada se zagrijava, volumen tekućine se povećava.
Viskoznost(unutarnje trenje) - svojstvo tekućih tijela da se odupiru gibanju jednog dijela u odnosu na drugi. Ona se procjenjuje koeficijent dinamičke viskoznosti , koja ima dimenziju Pa∙s. Karakterizira otpor tekućine (plina) na pomicanje njezinih slojeva.
Uz dinamičku viskoznost, izračuni se često koriste kinematički koeficijent viskoznostiν, koji je određen formulom
ν = μ /ρ
i mjereno m 2 /s ili Stokes (1 Stokes = 1 cm 2 /s).
Koeficijenti dinamičke i kinematičke viskoznosti određeni su vrstom tekućine, ne ovise o brzini strujanja i značajno se smanjuju s porastom temperature.
Površinska napetost– termodinamička karakteristika sučelja između dviju faza, određena radom reverzibilne izotermne formacije po jedinici površine ove površine. U slučaju tekućeg sučelja, površinska napetost se smatra silom koja djeluje po jedinici duljine površinske konture i nastoji smanjiti površinu na minimum za dane fazne volumene. Karakterizira ga koeficijent površinske napetosti , J/m 2 = N/m. Rad formiranja nove površine troši se na svladavanje sila međumolekularne adhezije (kohezije) tijekom prijelaza molekula tvari iz volumena tijela u površinski sloj. Rezultanta međumolekulskih sila u površinskom sloju nije jednaka nuli i usmjerena je unutar faze u kojoj su adhezijske sile veće. Dakle, površinska napetost je mjera nekompenzacije međumolekularnih sila u površinskom (međufaznom) sloju, odnosno višak slobodne energije u površinskom sloju u usporedbi sa slobodnom energijom u skupnim fazama.
Vrijednosti gustoće, koeficijenata stlačivosti, volumetrijskog toplinskog rastezanja, kinematičke viskoznosti i površinske napetosti pri temperaturi od 20°C dane su u tablici. Klauzula 3.1 zahtjeva.
Opis uređaja za proučavanje
fizikalna svojstva tekućine
Uređaj za proučavanje fizikalnih svojstava tekućine sadrži 5 uređaja izrađenih u jednom prozirnom kućištu (slika 1), što ukazuje na parametre potrebne za obradu eksperimentalnih podataka. Uređaji 3–5 počinju s radom okretanjem uređaja za 180°. Termometar 1 pokazuje temperaturu okoliš a time i temperatura tekućina u svim uređajima.
Riža. 1. Dijagram uređaja:
1 – termometar; 2 – areometar; 3 – Stokesov viskozimetar;
4 – kapilarni viskozimetar; 5 – stalagmometar
1.1. Određivanje koeficijenta
toplinsko širenje tekućine
Termometar 1 (slika 1) ima staklenu posudu s kapilarom ispunjenom termometrijskom tekućinom i skalom. Načelo njegovog rada temelji se na toplinskom širenju tekućina. Promjena temperature okoline dovodi do odgovarajuće promjene volumena termometrijske tekućine i njezine razine u kapilari. Razina označava vrijednost temperature na skali.
Koeficijent toplinskog rastezanja termometrijske tekućine određuje se na temelju misaonog pokusa. Pretpostavlja se da je temperatura okoline porasla od donje (nula) do gornje granične vrijednosti termometra i da se razina tekućine u kapilari povećala za l.
Za određivanje koeficijenta toplinskog širenja potrebno je:
2. Izračunajte prirast volumena termometrijske tekućine
Δ W = π r 2 l,
Gdje r– radijus kapilare termometra (označen na termometru).
3. Uzimajući u obzir početni (na 0°C) volumen termometrijske tekućine W(vrijednost je dana na termometru) pronađite koeficijent toplinskog rastezanja β T = (Δ W/W)/Δ T i usporedite je s referentnom vrijednošću β T* (Tablica P. 3.1). Unesite vrijednosti korištenih količina u tablicu. 1.
stol 1
|
Vrsta tekućine |
r, |
W, |
Δ T, |
l, |
Δ W, |
β
T , |
β
T *
, |
Alkohol |
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Mjerenje gustoće tekućine areometrom
Hidrometar 2 (slika 1) služi za određivanje gustoće tekućine metodom plovka. To je šuplji cilindar s milimetarskom skalom i utegom na dnu. Zahvaljujući težini, areometar pluta u ispitnoj tekućini u okomitom položaju. Dubina uranjanja areometra mjera je gustoće tekućine i očitava se sa skale duž gornjeg ruba meniskusa tekućine oko areometra. U konvencionalnim hidrometrima skala je graduirana u vrijednostima gustoće.
Tijekom rada potrebno je izvršiti sljedeće radnje:
1. Izmjerite dubinu uranjanja h hidrometar na milimetarskoj skali na njemu.
2. Izračunajte gustoću tekućine pomoću formule
ρ = 4m/(πd 2 h),
Gdje m I d– masa i promjer areometra (vrijednosti su date na areometru).
Ova se formula dobiva izjednačavanjem sile teže areometra G = mg i sila uzgona (Arhimedova). F A = ρ gW, gdje je volumen uronjenog dijela areometra W = hπd 2 /4.
3. Usporedite eksperimentalnu vrijednost gustoće s referentnom vrijednošću * (Tablica P. 3.1). Vrijednosti korištenih količina sažete su u tablici. 2.
tablica 2
Rezultati promatranja i proračuna
|
MINISTARSTVO OBRAZOVANJA I ZNANOSTI RUSKE FEDERACIJE Togliatti Državno sveučilište Institut građevinarstva Zavod za vodoopskrbu i sanitaciju METODIČKE UPUTE za laboratorijski rad iz discipline “HIDRAULIKA” za znanstvenog savjetnika Toljati 2007
UDK 532.5 (533.6) Upute za laboratorijski rad iz discipline "Hidraulika" za studente građevinske specijalnosti redovno obrazovanje. / Comp. Kalinin A.V., Lushkin I.A. – Tolyatti: TSU, 2006. Navedeni su ciljevi, zadaci i program rada laboratorija, dane upute za pripremu za rad i njihovu provedbu. Ilustr. 12. Stol 8. Bibliografija: 5 naslova. Sastavili: Kalinin A.V., Lushkin I.A. Znanstveni urednik: Vdovin Yu.I. Odobreno od Uredničko-izdavačkog odjela Metodološkog vijeća instituta. © Državno sveučilište Tolyatti, 2007 Upute za laboratorijski rad Osnova kolegija koji se studira je stjecanje početnih vještina dirigiranja od strane studenata istraživački rad, razumijevanje rezultata laboratorijska istraživanja, prezentacija i obrana dobivenih rezultata. Laboratorijska nastava se izvodi u laboratorijima Zavoda za vodoopskrbu i sanitaciju. Tijekom rada student ima priliku vidjeti i proučavati pojave koje se događaju u tekućini, vršiti mjerenja fizikalne veličine, ovladava metodologijom postavljanja pokusa, stječe vještine obrade podataka dobivenih pokusom i prezentacije rezultata istraživanja. Tijekom rada u laboratoriju student mora naučiti koristiti mjerne instrumente. Prije izvođenja laboratorijskih radova prati se poznavanje teorijskog gradiva studenta iz teme eksperimentalno istraživanje. Kontrolu provodi akademski savjetnik u testnom obliku. Student može izvoditi laboratorijske vježbe ako točno odgovori na 40% ispitnih pitanja. U laboratorijskim zadacima br. 4 i br. 5 student mora izračunati parametre fizikalnog modela prije provođenja eksperimentalnog istraživanja. Rezultati izračuna prezentiraju se znanstvenom savjetniku. Ako student nije izvršio izračun, student ne smije sudjelovati u eksperimentalnom istraživanju. Rezultati eksperimentalnog istraživanja prikazani su u obliku izvješća. Izvješće sadrži: svrhu rada, dijagram instalacije, osnovne proračunske formule, tablice mjerenja i proračuna, grafikone, zaključke. Rezultati studije, nakon pregleda od strane akademskog savjetnika, koriste se u dizajnu kratkog cjevovoda. Opis univerzalnog hidrauličkog postolja GS - 3 Univerzalni hidraulički stalak (vidi sliku 1) namijenjen je laboratorijskom i istraživačkom radu, čija je svrha proučavanje zakona gibanja tekućine. Hidraulički stalak razvijen je na Zavodu za toplinsku tehniku i toplinske motore Samarskog državnog sveučilišta za aerodinamiku. Glavni elementi hidrauličkog postolja: uređaj za pritisak i prihvat; radno područje; pumpa; mjerni uređaji. Na stalku 4 nalazi se tlačna posuda 2, izrađena od nehrđajućeg čelika u obliku kugle. Tlačni spremnik ima izlaznu cijev 3, na koju je pomoću brtve pričvršćena radna sekcija 15. Drugi kraj radne sekcije je pričvršćen u cijevi pomoću gumene manžete, koja se pomoću mehanizma 17 gura na sekciju. Voda ulazi u tlačni vod iz pumpe 9 kada se otvori ventil 8. Tijekom eksperimenta dovodni ventil 6 i odvodni ventil 7 moraju biti zatvoreni. Protok vode kroz radni prostor reguliran je ventilom 18 na izlazu iz radnog prostora i ventilom 8. Riža. 1. Shema hidrauličkog postolja Prihvatni uređaj je spremnik 22 spojen na odvodni vod 12. Mjerni spremnik 20 postavljen je iznad prihvatnog spremnika na konzoli 10 za mjerenje protoka vode. Na konzoli je postavljena posuda 11 koja služi za skupljanje vode i odvod u mjerni spremnik 20. Na dnu mjernog spremnika nalazi se ventil 21, kojim se upravlja pomoću mehanizma poluge. Mjerni instrumenti su predstavljeni piezometrijskim štitom 13, na koji je montirano sedam staklenih cijevi. Višak tlaka u tlačnom spremniku mjeri se standardnim manometrom 1. Pri mjerenju protoka vode, istovremeno sa zatvaranjem ventila na upravljačkoj ploči 5, uključuje se električna štoperica. Nakon punjenja određenog volumena mjernog spremnika vodom (3 litre), zatvara se kontakt sklopke razine i istovremeno se zaustavlja električna štoperica. Hidraulički stalak radi u zatvorenom krugu s pumpanjem vode iz opskrbnog spremnika, ispuštanjem u prihvatni spremnik i opskrbom pod tlakom u opskrbni spremnik.
Laboratorijski rad br. 1 Određivanje vrijednosti koeficijenta viskoznosti vode 1. Svrha rada: eksperimentalno određivanje koeficijenta viskoznosti i gustoće vode pri zadanoj temperaturi. Eksperimentalni rezultati se koriste za proračun kratkog cjevovoda. 2. Program rada: 2.1. Odredite viskoznost vode pri danoj temperaturi pomoću Engleovog viskozimetra 2.2.Areometrom izmjerite gustoću tekućine. 2.3 Odredite dinamičku viskoznost ispitne tekućine. 3. Opis laboratorijske opreme i mjernih instrumenata Englerov viskozimetar(slika 2) sastoji se od metalnog cilindra 1 s kuglastim dnom s rupom. Rupa je zatvorena šipkom 2. Pri proučavanju ovisnosti promjene viskoznosti tekućine o temperaturi, cilindar se stavlja u vodenu kupelj 3 s podesivim zagrijavanjem vode. Slika 2. Englerov viskozimetar Princip rada areometra (vidi sl. 3) temelji se na korištenju Arhimedova zakona prema kojem Arhimedova sila djeluje okomito prema gore na tijelo koje se nalazi u tekućini. Veličina te sile ovisi o gustoći tekućine. Što je veća gustoća tekućine u kojoj se nalazi tijelo, veća će biti i Arhimedova sila koja će izgurati tijelo iz tekućine. Moguće je na tijelo nanijeti oznake u obliku plovka, koje odgovaraju različitim vrijednostima gustoće, a ovisno o tome koliko je takav "plutajući" vidljiv iznad površine tekućine, procijenite gustoću te tekućine. Riža. 3. Hidrometar
4. Radni nalog: 4.1. Ulijte ≈ 250 cm 3 ispitne tekućine u cilindar 1 i stavite mjernu posudu ispod otvora. 4.2. Pomoću šipke 2 otvorite otvor u cilindru, istovremeno uključivši štopericu. 4.3. Odrediti vrijeme τ 1 istjecanje iz cilindra od 200 cm3 ispitne tekućine na sobnoj temperaturi. Pokus ponavljamo najmanje 3 puta. 4.4. Pažljivo obrišite cilindar i ulijte ga u njega sa zatvorenom donjom rupom ≈ 250 cm 3 referentna tekućina (destilirana voda). 4.6. Odredite vrijeme isteka τ 2 referentna tekućina. 4.7. Da biste odredili gustoću ρ, ulijte tekućinu koja se proučava u visoku mjernu čašu. Areometar spustimo u čašu i hidrometrijskom vagom odredimo gustoću tekućine. 4.8. Odrediti prosječno vrijeme isteka τ 1sr i τ2sr τ av = τ " + τ " + ... + τ n , n gdje je n broj mjerenja. 4.9. Izračunavanje Englerovih stupnjeva °E = τ 1sr. τ 2sr 4.10. Koeficijent kinematičke viskoznosti ν određujemo pomoću Ubelodeove formule ν = (0,0732° Oe − 0,0631° Oe). 4.11. Dinamički koeficijent viskoznosti μ nalazimo pomoću formule ν = μ ρ . 4.12. Rezultati mjerenja i proračuna sažeti su u tablici 1 i koriste se pri proračunu kratkog cjevovoda stol 1 5. Zaključci Viskoznost ispitne tekućine
Laboratorijski rad br. 2 Proučavanje zakona gibanja fluida 1. Svrha rada: Eksperimentalna potvrda zaključaka donesenih tijekom proučavanja teme "Osnove dinamike i kinematike fluida", stjecanje vještina konstruiranja tlačnog voda i piezometrijskog voda kratkog cjevovoda. 2. Program rada: 2.1. Odrediti tlak H u tri točke na osi cijevi, pronaći gubitak tlaka. 2.2 Odredite brzinu strujanja na osi cijevi. 2.3.Nacrtajte grafove promjena ukupnog tlaka H i hidrostatskog tlaka H p po duljini cijevi. 3. Opis instalacije. Laboratorijski rad se izvodi u prostorijama hidrauličkog laboratorija Odjela za socijalnu skrb i nasilje. Radni dio hidrauličkog postolja na kojem se izvodi rad je nagnuta metalna cijev promjenjivog presjeka (slika 4). Za mjerenje statičkog i ukupnog tlaka tekućine, piezometrijske i Pitotove cijevi ugrađene su u sekcije 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 i 5-5. Protok tekućine u cijevi reguliran je ventilom koji se nalazi na kraju radnog dijela postolja. Riža. 4. Dijagram radnog područja hidrauličkog postolja 4. Radni nalog: 4.1. Uključujemo instalaciju. 4.2. Otvorite ventil na kraju radnog područja postolja. 4.3. Mjerimo udaljenost između odsječaka cijevi l i ordinate z u svakom odsječku. 4.3. Nakon što mjehurići zraka izađu iz cijevi, bilježimo očitanja pijezometra I Pitotove cijevi u svim dijelovima. 4.4. Isključite instalaciju. 4.5. Određivanje gubitaka energije između sekcija h w 1− 2 = H 1 − H 2 , h w 2− 3 = H 2 − H 3 itd., gdje je h w 1 − 2 – gubitak tlaka između sekcija 1-1 i 2-2; h w 2 − 3 – gubitak tlaka između presjeka 2-2 i 3-3; H 1 , H 2 , H 3 – očitanja Pitotove cijevi u sekcijama 1-1, 2-2 i 3-3. 4.6. Pronađite izmjereni tlak brzine u svakom odsječku
gdje je H i očitanje Pitotove cijevi u odgovarajućem odjeljku; H pi – očitanja piezometrijske cijevi u odgovarajućem odjeljku. 4.7. Odrediti brzinu strujanja na osi cijevi υ = 2 gh υ . 4.8. Rezultati istraživanja prikazani su u tablici 2. Tablica 2
Laboratorijski rad iz hidraulike - odjel za obrazovanje, Ministarstvo Poljoprivreda Ruska Federacija... Zavod za upravljanje okolišem, konstrukcija i hidraulika OPD.F.03 Hidraulika Opd.f.02.05 hidraulika OPD.F.07.01 Hidraulika OPD.F.08.03 HIDRAULIKA OPD.F.07 Hidraulika i hidraulički strojevi OPD.R.03 PRIMIJENJENA HIDROMEHANIKA OPD.F.08 DINAMIKA HIDROPLINA Laboratorijski rad iz hidraulike SmjerniceUfa 2010Laboratorijski rad br.1 MJERENJE OSNOVNE HIDRAUL KARAKTERISTIKE TEKUĆINE U laboratorijskoj praksi i proizvodnim uvjetima mjere se sljedeći parametri: razina, tlak i protok fluida. Mjerenje razine. Najjednostavniji uređaj je staklena cijev spojena donjim krajem na otvoreni spremnik u kojem se određuje razina. U cijevi i spremniku, kao iu spojenim posudama, položaj razine tekućine bit će isti. Široka primjena primljeni mjerači razine na plovak (u spremnicima goriva, grupnim pojilicama, raznim procesnim spremnicima). Radni dio uređaja - plovak - prati mjerenje razine tekućine, a prema tome se mijenjaju očitanja na skali. Mehaničko kretanje plovka (primarnog senzora) gore i dolje može se pretvoriti u električni signal pomoću reostata ili induktora i zabilježiti sekundarnim uređajem. U tom slučaju moguć je daljinski prijenos očitanja. Od instrumenata koji se temelje na neizravnim metodama za određivanje željene količine, najveći interes predstavlja kapacitivni mjerač razine. Kao senzor koristi metalnu elektrodu presvučenu tankim slojem plastične izolacije. Kada se spoji struja, sustav elektroda-tekućina-spremnik tvori kondenzator, čiji kapacitet ovisi o razini tekućine. Nedostaci kapacitivnih senzora uključuju značajnu ovisnost očitanja o stanju izolacije elektrode. Mjerenje tlaka . Mjerne instrumente razlikujemo prema namjeni atmosferski pritisak(barometri), višak tlaka (manometri - na pg >0 i manometri - na pg<0), разности давлений в двух точках (дифференциальные манометры). Na temelju principa rada postoje tekući i opružni uređaji. U tekućim uređajima izmjereni tlak uravnotežuje se stupcem tekućine čija visina služi kao mjera tlaka. Piezometar karakterizira jednostavan dizajn, koji je okomita staklena cijev spojena na donjem kraju s mjestom mjerenja tlaka (slika 1.1a).
Slika 1.1 Uređaji s tekućinom: a) pijezometar; b) Cijev u obliku slova U Vrijednost tlaka na spojnoj točki određena je visinom h uzdizanja tekućine u pijezometru: p=rgh, gdje je r gustoća tekućine. Piezometri su prikladni za mjerenje malih prekomjernih tlakova - oko 0,1-0,2 at. Funkcionalno su šire mogućnosti dvocijevnih instrumenata u obliku slova U (slika 1.1b), koji se koriste kao manometri, vakuumometri i diferencijalni manometri. Staklena cijev uređaja može se napuniti težom tekućinom (npr. živom). Tekući instrumenti imaju relativno visoku točnost i koriste se za tehnička mjerenja, kao i za umjeravanje i ispitivanje drugih vrsta instrumenata. U opružnim uređajima izmjereni tlak percipira elastični element (cijevna opruga, membrana, mijeh), čija deformacija služi kao mjera tlaka. Uređaji s cjevastim oprugama su široko rasprostranjeni. U takvom uređaju, donji otvoreni kraj cijevi ovalnog presjeka (slika 1.2a) kruto je fiksiran u kućištu, a gornji (zatvoreni) kraj je slobodan u prostoru. Pod utjecajem srednjeg tlaka, cijev ima tendenciju da se ispravi (ako je p>p at) ili, obrnuto, da se još više savije (ako je 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.
Slika 1.2 Opružni uređaji: a) s cjevastom oprugom; b) mijeh; c) membrana Prema klasi točnosti uređaji s cjevastim jednookretnim oprugama dijele se na: Tehnički (za rutinska mjerenja - klasa točnosti 1,5; 2,5; 4,0); Egzemplaran (za precizna mjerenja - klasa točnosti 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0); Kontrola (za provjeru tehničkih prioriteta - klasa točnosti 0,5 i 1,0). Klasa točnosti naznačena je na brojčaniku uređaja; karakterizira najveću pogrešku uređaja kao postotak maksimalne vrijednosti ljestvice u normalnim uvjetima (t=20°C, p=760 mmHg). Mjerenje protoka. Najjednostavnija i najtočnija metoda za određivanje protoka tekućine je volumetrijska pomoću mjerne posude. Mjerenje se svodi na bilježenje vremena T punjenja posude poznatim volumenom W. Tada je protok Q=W/T. U proizvodnim uvjetima kao mjerači količine tekućine W koriste se različiti volumetrijski i brzohodni mjerači (krilatni i turbinski). Metoda omogućuje određivanje vremenski prosječnih Q vrijednosti. A) b) V)
Slika 2.5 Mjerači tekućine: A− volumetrijski s ovalnim zupčanicima; b− rotacijski; V− brzi s krilnim okretnim postoljem Za mjerenje trenutnih protoka u tlačnim cjevovodima koriste se različiti tipovi mjerača protoka (slika 1.4). Pogodno za mjerači protoka s restrikcijskim uređajima. Načelo rada uređaja temelji se na stvaranju statičke razlike tlaka u protoku pomoću uređaja za sužavanje (na primjer, dijafragme) i mjerenja s manometrom diferencijalnog tlaka (slika 1.4b). Protok tekućine određuje se pomoću kalibracijske karte Q = f(h) ili po formuli: Q = mAÖ2gh, (2.2) gdje je m koeficijent protoka restrikcijskog uređaja; h – očitanje diferencijalnog manometra; A – konstanta mjerača protoka;
gdje je D promjer cjevovoda; d – promjer otvora restrikcijskog uređaja.
Slika 1.4 Mjerači protoka tekućine: a) stalni diferencijalni tlak (rotametar); b) promjenjivi pad tlaka (sa steznim uređajem - dijafragmom); c) indukcija Cilj rada Upoznati konstrukciju, princip rada i način rada instrumenata za mjerenje razine, tlaka i protoka fluida; naučiti tehniku baždarenja mjerača protoka. Postupak rada1.3.1 Koristeći obrazovnu literaturu, smjernice, plakate i naturističke uzorke instrumenata upoznati se s načinima mjerenja razine, tlaka i... 1.3.2 Na pilot postrojenju izmjeriti tlak s vrijednošću p = 0,4. .. 1.3.3 Na pilot postrojenju odredite protok vode pomoću mjernog spremnika. Promjena kontrole vremena...Laboratorijski rad br.2 Eksperimentalno proučavanje jednadžbe Bernoulli Opće informacije Za ravnomjerno, glatko promjenjivo gibanje realnog fluida, Bernoullijeva jednadžba ima oblik: z 1 + gdje su z 1, z 2 visine položaja težišta presjeka 1 i 2; r 1, r 2 – pritisci u presjecima; u 1, u 2 - prosječne brzine protoka u dionicama; a 1 , a 2 - koeficijenti kinetičke energije. S energetskog gledišta: z – specifična potencijalna energija položaja (geometrijski tlak); Specifična potencijalna energija tlaka (piezometrijski tlak); Specifična kinetička energija (pritisak brzine). Zbroj z++ = H izražava ukupnu specifičnu energiju fluida (ukupni pad). Iz jednadžbe (2.1) slijedi da kada se prava tekućina kreće, ukupni tlak opada nizvodno (H 2<Н 1). Величина h 1-2 = Н 1 - Н 2 характеризует потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений. Pad ukupnog tlaka odražava se na određeni način na njegove komponente - pijezometrijski i brzinski tlak. Priroda promjena tlaka u određenom hidrauličkom sustavu je od praktičnog interesa i može se jasno eksperimentalno proučavati. Cilj rada Eksperimentalno potvrdite valjanost jednadžbe Bernoulli: utvrditi prirodu promjene ukupnog, piezometrijskog i brzinskog tlaka tijekom kretanja fluida u proučavanom cjevovodu. Eksperimentalna tehnika Laboratorijski rad se može izvoditi na specijaliziranoj instalaciji i univerzalnom stalku. U prvom slučaju mjere se pijezometrijski i ukupni tlakovi u kontrolnim dijelovima eksperimentalne dionice tijekom ravnomjernog gibanja fluida, au drugom slučaju mjere se samo pijezometrijski tlakovi, uz naknadno izračunavanje ukupnih tlakova. Na temelju eksperimentalnih podataka konstruira se graf tlaka i provodi analiza promjena duž toka komponenti Bernoullijeve jednadžbe. Opis pilot postrojenjaShematski dijagram specijalizirane instalacije za proučavanje Bernoullijeve jednadžbe prikazan je na slici 2.1. Uključuje tlačni spremnik,... mjerni spremnik. Eksperimentalni dio je promjenjivog presjeka (gladak... Univerzalni stalak (slika 2.2) ima istu konstruktivnu shemu. Njegova posebnost je nagnuta...Postupak radaa) tlačni spremnik je napunjen vodom do stalne razine; b) kratkotrajnim otvaranjem ventila eksperimentalnog cjevovoda, instalacije... c) u cjevovodu se uspostavlja protok tekućine, čime se osigurava jasnoća opažanja, a za zadani režim...Obrada eksperimentalnih podatakaKada se radi na specijaliziranoj instalaciji, sljedeće se izračunava iz podataka mjerenja: - prosječna brzina protoka vode tijekom eksperimenta Q = W/T, (2.2)Prikazana je analiza grafikona tlaka. Daje se zaključak o prirodi promjene ukupnog, pijezometrijskog i brzinskog tlaka duž strujanja uz odgovarajuća objašnjenja. Kontrolna pitanja 1. Koje je fizičko značenje Bernoullijeve jednadžbe? 2. Objasnite pojmove geometrijskog, pijezometrijskog i ukupnog tlaka? 4. Što pokazuju tlak i piezometrijske linije? 5. Što određuje prirodu promjene ukupnog, piezometrijskog i brzinskog tlaka duž strujanja? 6. Zbog koje energije fluida u gibanju se svladavaju hidraulički otpori? Laboratorijski rad br.3 Proučavanje načina kretanja fluida Opće informacije Pri kretanju tekućine u cjevovodu (kanalu) moguća su dva načina strujanja: laminarno i turbulentno. Laminarni režim karakterizira slojevito, uređeno kretanje, u kojem se pojedinačni slojevi tekućine pomiču jedan u odnosu na drugi bez međusobnog miješanja. Mlaz boje uveden u laminarni tok vode ne ispire se iz okoline i ima izgled istegnute niti. Turbulentni režim karakterizira neuredno, kaotično kretanje, kada se čestice tekućine kreću duž složenih putanja koje se stalno mijenjaju. Prisutnost poprečnih komponenti brzine u turbulentnom strujanju uzrokuje intenzivno miješanje tekućine. U tom slučaju obojeni tok ne može postojati samostalno i raspada se u obliku vrtloga po cijelom presjeku cijevi. Pokusima je utvrđeno da način gibanja ovisi o prosječnoj brzini u, promjeru cijevi d, gustoći tekućine r i njenoj apsolutnoj viskoznosti m. Za karakterizaciju režima, uobičajeno je koristiti skup ovih veličina, raspoređenih na određeni način u bezdimenzionalni kompleks - Reynoldsov broj gdje je n = m/r koeficijent kinematičke viskoznosti. Reynoldsov broj koji odgovara prijelazu iz laminarnog u turbulentno strujanje naziva se kritičnim i označava Re cr. Treba naglasiti da zbog nestabilnosti strujanja fluida na granici laminarnog i turbulentnog režima vrijednost Re cr nije strogo definirana. Za cilindrične cijevi kada se voda kreće, uzimajući u obzir uvjete ulaska protoka, hrapavost stijenke i prisutnost početnih poremećaja Re cr = 580-2000. U izračunima se obično uzima Re cr » 2300. U Re U većini tehničkih primjena vezanih uz kretanje medija niske viskoznosti (voda, zrak, plin, para) provodi se turbulentni režim - vodoopskrba, ventilacija, opskrba plinom, opskrba toplinom. Laminarni način rada javlja se u filmskim izmjenjivačima topline (kada film kondenzata istječe pod utjecajem gravitacije), pri filtriranju vode u porama tla i kada se viskozne tekućine kreću kroz cjevovode. Cilj rada Vizualnim promatranjem utvrditi prirodu kretanja tekućine pod različitim modusima; ovladati metodologijom proračuna tlačnog režima; za pilot postrojenje odrediti kritični Reynoldsov broj. Opis pilot postrojenja Laboratorijska instalacija (slika 3.1) uključuje tlačni spremnik, cjevovod (s prozirnim dijelom za vizualno promatranje), posudu s bojom i mjerni spremnik. Posuda s bojom pričvršćena je tronošcem na stijenku tlačnog spremnika i opremljena je cijevi za dovod boje u protok vode koji se kreće u cjevovodu. Protok se podešava pomoću regulacijskog ventila i određuje pomoću mjernog spremnika. Radni naloga) tlačna posuda se napuni vodom (do razine odvodne cijevi, a posuda se napuni bojom); b) otvaranjem regulacijskog ventila u cjevovodu uspostavlja se protok, pri... Promatranja prirode gibanja tekućine provode se uvođenjem bojila u protok.Obrada eksperimentalnih podataka- na temelju temperature vode t (u °C) određuje se kinematički koeficijent viskoznosti... n = ; (3.2)Analiza rezultata. Zaključci iz rada Prikazana je analiza vizualnih opažanja prirode kretanja tekućine u različitim modovima. Zabilježena je vrijednost kritičnog Reynoldsovog broja za pilot postrojenje i rezultati proračunskog određivanja režima. Kontrolna pitanja 1. Koje režime strujanja fluida poznajete? 2. Objasniti način eksperimentalnog određivanja režima strujanja. 3. Koja je temeljna razlika između turbulentnog režima i laminarnog? 4. Kako se proračunski određuje režim strujanja? 5. Definirajte kritični Reynoldsov broj. 6. Navedite primjere tehničkih sustava (uređaja) u kojima se javlja: a) laminarni način rada; b) turbulentni režim. Laboratorijski rad br.4 Određivanje hidrauličkog koeficijenta Trenje Opće informacije Tok fluida koji se jednoliko kreće u cijevi (kanalu) gubi dio svoje energije zbog trenja na površini cijevi, kao i unutarnjeg trenja u samoj tekućini. Ti se gubici nazivaju gubici tlaka duž duljine toka ili gubici tlaka zbog trenja. U skladu s Bernoullijevom jednadžbom, gubitak tlaka duž duljine vodoravne cijevi konstantnog promjera h dl = , (4.1) gdje su pijezometrijski pritisci u presjecima koji se razmatraju. Pokusi pokazuju da su gubici tlaka po duljini proporcionalni bezdimenzionalnom koeficijentu l i ovise o duljini l i promjeru d cjevovoda, te srednjoj brzini u. Ta je ovisnost utvrđena dobro poznatom Darcy-Weisbachovom formulom h dl = . (4.2) Koeficijent l, koji karakterizira otpor trenja, općenito ovisi o Reynoldsovom broju Re i relativnoj hrapavosti stijenki cijevi D/d (ovdje je D apsolutna veličina izbočina hrapavosti). Međutim, utjecaj ovih veličina na koeficijent l u laminarnom i turbulentnom režimu je različit. U laminarnom načinu rada hrapavost nema utjecaja na otpor trenja. U ovom slučaju je l = f(Re) i izračun se izvodi prema formuli l = 64/Re. (4.3) U turbulentnom režimu, utjecaj Re i D/d određen je vrijednošću Reynoldsovog broja. Pri relativno malom Re, kao iu laminarnom načinu rada, koeficijent l je funkcija samo Reynoldsovog broja Re (područje hidraulički glatkih cijevi). Za izračun, ovdje su primjenjive formule G. Blasiusa za Re £ 10 5: l = 0,316/Re 0,25, (4,4) i formula G.K. Konakov kod Re£ 3×10 6: U rasponu umjerenih Reynoldsovih brojeva l = f(Re,) i dobro slaganje s eksperimentom dano je formulom A.D. Altshulya: Pri dovoljno velikim vrijednostima Re (razvijeno turbulentno strujanje) utjecaj viskoznog trenja je neznatan i koeficijent l = f(D/d) je takozvano područje potpuno hrapavih cijevi. U tom slučaju izračun se može izvršiti pomoću formule B.L. Shifrinson: Navedene i druge poznate empirijske formule za određivanje koeficijenta hidrauličkog trenja dobivene su obradom eksperimentalnih grafova. Usporedbom rezultata izračuna l pomoću ovih formula s eksperimentalnim vrijednostima, može se procijeniti pouzdanost izvedenih eksperimenata. Cilj rada Naučiti metodologiju eksperimentalnog određivanja koeficijenta hidrauličkog trenja; za uvjete eksperimenta utvrditi ovisnost koeficijenta hidrauličkog trenja o režimu strujanja tekućine i usporediti dobivene rezultate s proračunima pomoću empirijskih formula. Eksperimentalna tehnika Koeficijent hidrauličkog trenja određuje se neizravnom metodom pomoću formule Darcy-Weisbach (4.2). U ovom slučaju, gubitak tlaka h dl određuje se izravno iz iskustva - iz razlike u piezometrijskim tlakovima na početku i kraju dionice plinovoda koji se proučava, a brzina kretanja u iz protoka tekućine Q. Ovisnost l = f(Re) utvrđuje se provođenjem pokusa pri različitim načinima gibanja tekućine i konstruiranjem odgovarajućeg grafikona. Opis pilot postrojenja Laboratorijska postavka (slika 4.1) uključuje tlačni spremnik, eksperimentalni cjevovod i mjerni spremnik. Eksperimentalni cjevovod je horizontalan, konstantnog presjeka (l = 1,2 m, d = 25 mm). U području za određivanje pada tlaka nalaze se dvije spojnice statičkog tlaka, koje su gumenim crijevima spojene na pijezometre. Iza mjernog dijela ugrađen je ventil za regulaciju protoka vode. Postupak radaa) tlačni spremnik je napunjen vodom do stalne razine; b) kratkim otvaranjem ventila aktivira se instalacija za... c) u cjevovodu se postavljaju različiti protoki tekućine u rasponu od minimalnog do maksimalnog (ukupno 5-6...Obrada eksperimentalnih podataka4.6.1 Na temelju mjernih podataka izračunajte: - protok Q, prosječnu brzinu u, kinematički koeficijent viskoznosti n, Reynoldsov broj Re (vidi laboratorijski rad...Analiza rezultata. Zaključak o raduKontrolna pitanjaLaboratorijski rad br.5 Određivanje lokalnog koeficijenta Otpornost Opće informacije U stvarnim hidrauličkim sustavima tekućina koja se kreće gubi mehaničku energiju u ravnim dijelovima cijevi, kao i u priključcima i priključcima, te drugim lokalnim otporima. Gubici energije za svladavanje lokalnih otpora (tzv. lokalni gubici tlaka) dijelom su uzrokovani trenjem, ali većim dijelom deformacijom toka, njegovim odvajanjem od stijenki i pojavom intenzivnih vrtložnih strujanja. Lokalni gubici tlaka određuju se proračunom pomoću Weisbachove formule: h m = z m (u 2 /2g), (5.1) gdje je z m koeficijent lokalnog otpora; pokazujući koji se dio pritiska brzine troši na svladavanje otpora. Vrijednost z m u općem slučaju ovisi o vrsti lokalnog otpora i režimu strujanja. Eksperimentalne vrijednosti koeficijenta za kvadratno područje turbulentnog režima dane su u referentnim tablicama. Cilj rada Naučiti metodologiju eksperimentalnog određivanja koeficijenta lokalnog otpora; Eksperimentalno odredite koeficijent z m za proučavani lokalni otpor, utvrdite njegovu ovisnost o Reynoldsovom broju i usporedite dobivene podatke s tabličnima. Eksperimentalna tehnikaLokalni koeficijent otpora određuje se neizravnom metodom pomoću odnosa (5.1). U ovom slučaju, lokalni gubici tlaka hm nalaze se iz...Opis pilot postrojenja Instalacija za eksperimentalno određivanje koeficijenta lokalnog otpora (slika 5.1) uključuje tlačni spremnik, cjevovod s kojim se ispituje lokalni otpor i mjerni spremnik. Na cjevovodu ispred i iza lokalnog otpora ugrađeni su nastavci statičkog tlaka koji su gumenim crijevima spojeni na pijezometre. Postoji ventil za regulaciju protoka vode. Postupak radaa) tlačni spremnik je napunjen vodom do stalne razine; b) provjerite odsutnost zraka u pijezometrima (razine vode u njima kada su zatvoreni... c) postavite različite brzine protoka vode u cjevovodu u rasponu od minimalne do maksimalne (ukupno 5-6...Obrada eksperimentalnih podatakaNa temelju mjernih podataka izračunava se: - prosječna brzina protoka Q = W/T tijekom eksperimenta i prosječna brzina protoka u = Q/w (gdje je w površina poprečnog presjeka...Analiza rezultataKontrolna pitanjaŠto ćemo učiniti s primljenim materijalom:Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama: Pročitajte također:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, (2.1)
