Експериментални строителни и пиезометричната налягане линии за флуиден поток в тръбата

Федералната агенция за образование

Държавната образователна институция на висшето образование

Перм държавен технически университет

Катедра Хидравлика и хидравлични машини

Експериментална изграждане на пиезометричната
и линии налягане за флуиден поток в тръба на променлива напречно сечение (геометричен илюстрация Бернули уравнение)

Методически указания за лабораторна работа 7B

за студентите от всички форми на обучение

хидравлика и хидравлични машини,

Основната информация за енергийния баланс уравнение на несвиваем вискозен флуид поток, настройка на описанието, дадено обучение "хидродинамика DG-09" механични, изложени на последователността на експеримента и реда на обработка на експерименталните данни.

Илюстрация 9. Препоръки 3 титли. Таблица 1.

Предметът на лабораторни изследвания е изменението на специфична механична енергия на течността по протежение на тръбата на променлива напречно сечение.

Емпирично изследва поведението на пиезометричната, скоростта и общо налягане по потока на течността в тръбата на различен диаметър.

2. Общ преглед

Движещата масата на течни ограничена водещи повърхности (например, тръба), наречен поток. Фиг. 1 изобразява фрагмент на едномерен стационарно състояние поток от вискозна несвиваем флуид.

Фиг. 1. фрагмент течен поток

Равенство на напречното сечение на потока. Средната напречното сечение на скоростта на течността е

където Q - обемен дебит, т.е. обемен размер на преминаване на течност през напречното сечение на потока за единица време, м3 / сек ..

S - свободно пространство.

В диаграмата, следните означения:

Z - вертикалната координата на центъра на тежестта на напречното сечение в сравнение с референтна равнина;

р - налягане (абсолютно или датчик) в центъра на тежестта на напречното сечение.

От (1) следва, че за даден постоянен дебит увеличаване резултати напречно сечение в намаляване на средната скорост и обратно с намаляващо напречно сечение увеличава средната скорост

Течният поток прави механично движение, което е мярка за механичната енергия. Нека E - механичната енергия на потока на течността в специален раздел. Хидравликата се използват концепцията за енергийна плътност. По-специално, той може да бъде енергия отнесени към единица тегло на течността

който се нарича налягането. Измерено налягане в единици на дължина.

напречното сечение на протичане е равен на общия главата

където Z - геодезически глава характеризиране на специфичната енергия на течността спрямо позицията референтната равнина;

- хидравлично глава, която определя конкретния "енергия налягане";

- скорост налягане, равно на специфичната кинетичната енергия на потока в избрания раздел.

Сума - една hydrohead отразяваща специфичните потенциална енергия в секцията поток.

Стойността на експресията на главата на скоростта, която се нарича фактор на Кориолис. Той отчита неравномерното разпределение на местните скоростите над напречното сечение и равен на съотношението на кинетичната енергия на течността в раздел, в определен местната скорост на кинетичната енергия, изчислена от средната скорост. Трябва да се отбележи, че средната скорост, за разлика от местната скорост, виж индиректно измерване на обемния дебит и площта на напречното сечение (виж екв. (1)). За ламинарен поток, бурен -.

Пълното налягане поток в участъка, образуван от специфичния потенциалната енергия и специфичната кинетичната енергия. Като цяло, те се променят, но промяната на един от тях е равен на друг загуба. Важен извод: в напречното сечение на потока с увеличаване на скоростта и налягането се намалява, напротив, когато скоростта се увеличава намаляване на налягането, т.е. ..

При шофиране силите на триене на флуидите работят и намалява общата специфична енергия на потока. Намаляване на общата специфична енергия на течността, когато тя се премества по протежение на потока от секцията 1-1 раздел 2-2 (фиг. 2) е равна на специфичната сила на триене, като в същото преместване

където Н 1 - общо глава в напречно сечение 1-1;

Н 2 - общ главата в участъка 2-2;

з 1-2 - работата на силите на триене при преместване на течността от секцията 1-1 до секцията 2-2, отнесени към теглото на единица.

Фиг. 2. Тръбата

количество 1-2 часа по време на движението на вискозна течност между споменатите секции се нарича общите загуби главата.

Експресия (3) може да се редуцира до формата

Разширяване на общия главата на формула (2), ние получаваме:

Уравнение (4) изразява промяната в общата специфична механична енергия за преместване от раздел 1-1 раздел 2-2 флуида - на Бернули уравнение за постоянен поток от вискозна несвиваем флуид.

Даниел Бернули (R). Има основно уравнение на хидромеханика, въз основа на които решават много практичен zadachi.Primenitelno течността се движат, то изразява закона за запазване на енергията за идеална течност енергиен баланс за realnoyzhidkosti. Уравнение ustanavlivaetsvyaz между налягане, скорост и местоположение, vybrannyhsecheniypotoka където има този натиск и скорости.

Ако хоризонталната тръба, в сравнение равнина удобно движите централната линия на тръбопровода. Тогава Уравнение на Бернули може да се запише по следния начин:

Определяне раздел 1-1 (вж. Фигура 2) и се движат заедно секция на потока
2-2, е възможно да се разбере естеството на промените на пиезометричната, скоростта и общото глава по протежение на дължината на потока.

Линията показва промяната в общо налягане по дължината на поток, наречен линия налягане или пълна гама глава.

Линията показва промяната в пиезометричната налягане на дължина на поток, наречен пиезометричната линия или линия на пиезометричната глава.

Експериментално получи налягане и пиезометричната линия за флуиден поток в тръба с различен диаметър разположени хоризонтално. Тръбата има раздел контрол свързан към пиезометри. Номерирани раздел течност надолу движение I = 1,2, ... 10. Подравняване сравнение равнина на надлъжната ос на тръбата, ние приемаме. Скоростта на потока на течността в тръбата Q = CONST. бурен - режим поток.

По време на експеримента се измерват пиезометри количества, изчислява от резултатите от скорост на главата в тръбата за индиректно измерване на потока, и общата загуба глава измерени чрез разликата между общия главата в първите и следващите раздели на контрол тръба.

Използване на налягането и пиезометричната линия, е необходимо да се анализира поведението на общата главата, както и пиезометричната съотношение и главите скорост в напречните сечения на тръбата, да обяснят как тези съотношения варират от точка до точка, и поради поява на тези промени.

4.USTROYSTVO и функцията
ОБУЧЕНИЕ UNIT

Монтаж устройство (фиг.3).

Инсталацията се състои от тръба на променлива напречно сечение 2 (Фигура 4), към който са прикрепени, десет пиезометри Р1-Р10, и ротаметър pt1. Тръба 2 променливо напречно сечение е с плавни преходи от една секция към друга.

Фиг. 3. Хидравлични верига образователна обстановка "хидродинамика DG-09"

Фиг. 4. Тръбата за намаляване на променлива напречно сечение

Тръбна 2 вариабилен участък с един край, свързан през вентила към системата за рециклиране лаборатория вода VN1 В1 изпускателния резервоар. Другият край на тръбата 2 е свързан чрез ротаметър РТ1, BH2 клапан и тръба 6 до изтичане резервоар лаборатория на система за рециклиране В2 вода. Преди клапан VN1 настроен Термометър биметален Т.

Горните краища на пиезометри са прикрепени към въздушен колектор 7, който през тръба 8 и клапан BH4 свързан с атмосферата. Горната точка на монтаж на тръбите за свързване 4 и 5, свързани клапани VN5 ВН3 и вода-измервателната тръба VT1.

Дебитомер - устройство за измерване скоростта на потока. Принципът на променлива област устройство разходомер е показано на фигура 5. Корпусът е проектиран като стъклена тръба 1, разширява нагоре (тънки ъгъл от 5 до 35 °). Вътре в тръбата там се поставя поплавък (ротор) 2. преминаващ през флуида действа върху поплавъка 2 на сила P. Ако тази сила надвишава силата на тежестта G на поплавъка, тя се появи, увеличаване на зоната на междината за флуиден поток. В този случай силата, действаща върху поплавъка от своя измиваща течност се намалява. В случай на равенство на хидроенергията P и силата на тежестта G на поплавъка последните замръзва. На външната повърхност на стъклената тръба 1 се прилага безразмерна мащаб. От стандартната крива (Фигура 7) преброяване в относителни единици се превръща в скоростта на потока в cm3 / сек.

Фиг. 5. ротаметър на апарат

4.2. Принцип на инсталацията.

Чрез настройване на водата се подава през тръбопровод 11 от система за рециклиране вода лаборатория на главния контейнер В1. В В1 резервоар H1 чрез помпата и преливната тръба 10 поддържа постоянно ниво на водата, и по този начин за всяко отваряне VN1 и ВН2 клапана осигурява постоянна скорост на потока в епруветката 2 с променливо напречно сечение.

Водата навлиза в тръбата 2 с променливо напречно сечение по протежение на тръба 1 през входния клапан VN1.

Клапани VN1 и BH2 може да се регулира желаната скорост на поток през тръбата 2; пиезометри Р1-Р10 измерва хидравлична глава десетте напречните сечения на тръбния 2.

на водния поток в инсталацията се измерва чрез pt1 на дебитомер. Измерено в разделения безразмерна мащаб (в горния край на поплавъка), стойността на потока на калибрационна крива (фиг.7) се преизчислява в cm3 / сек.

BH4 клапан за регулиране на позицията на пиезометричната линия, като освобождаване на въздух от въздушния колектор 7. BH3 клапан за освобождаване на въздух от инсталацията. измервателна тръба вода VT1 се използва за управление на пълнене на инсталацията с вода и контрол на нивото на водата в резервоара налягане лаборатория на система за рециклиране В1 вода. Вентил с върха VN5 - Technology (използван, например за свързване на измерване резервоара за целите на калибриране ротаметър PT1). Температурата на водата се измерва чрез термометър Т.

5. Средства за безопасност и при извършване на лабораторни упражнения

5.1. Пазете работното си място около инсталацията.

5.2. Не се облягайте на пиезометри стъклена епруветка.

5.3. Внимавайте за протичане на вода в ставите на тръбопроводи и вентили.

5.4. За да работите с обучението, се разрешава да започне след:

- получаване на инструкции за това "Ръководство за безопасност в работата на учениците в учебните заведения в лабораторията на хидравлика и хидравлични машини. OTH "

- проучване на насоките за лабораторни упражнения, разработен с помощта на образователна обстановка "хидродинамика GD-09"

- инсталация за обучение ръководство.

5.5. Да не се работи при монтаж без да се обслужват от обучението, ремонт на него.

5.6. Не работете с помпите, система за рециклиране лаборатория вода се разрешава само от обучен персоналът на лабораторията.

5.7. Lab е позволено да извършват в съответствие с методическите указания към тях и само в присъствието на учител или образователна господар.

6.1. Местоположение на контроли. настройки и измервания.

6.1.1. Местоположение на контрола и апаратура е показана на фигура 6.

Фиг. 6. Общата форма на образователна обстановка "хидродинамика DG-09"

6.2. Първи стъпки.

6.2.1. Уверете се, че на работното място на инсталация не е претрупано и правилно осветено.

6.2.2. Проверете състоянието на оригиналната инсталация: VN1 клапаните, BH2, BH 3, ВН4 VN5 затворен. Инсталация може да бъде запълнена или не пълни с вода

6.2.3. Напълно вентилът се отваря BH3.

6.2.4. Отваряне на вентила при VN1 малка стойност, така че водата започва постепенно запълване инсталация. Водата в пиезометри ще нарасне до определена височина. ВТ1 измерване вода тръба, запълнена с вода до ниво в резервоара глава система за рециклиране В1 вода. При отваряне на клапана VN1 да се внимава, че водата от вода-измервателни тръби не са пръски!

6.2.5. Затворете вентила BH3.

6.3. Провеждане на работата.

6.3.1. Леко отворете вентила BH2.

6.3.2. VN1 клапан избран произволно потока на вода в инсталацията. Гледайте изкачване на PT1 плувка ротаметър (най-добри резултати се получават, когато се използваólshih скорости на потока) и движението на нивото на водата в пиезометри.

6.3.3. Ако е необходимо (за удобство на измерване) клапан BH4 коригира пиезометричната линия. Затворете вентила на BH4.

6.3.4. Изчакайте 1 - 2 минути, докато настройките не се изтрива от последните въздушни мехурчета и водата в пиезометри не се намира в постоянни нива.

6.3.5. Използването на пиезометри измерват хидравличен точност ръководител на най-малко 0,2 см. В този случай, поради бурните колебания в потока и някои други причини, нивото на водата в пиезометри леко може да се колебае. За да се подобри точността на измерване е препоръчително да направим заедно (пет пиезометри) екип бригадир "брои!". Едновременно с това, третия състезател измерва притока на вода в горния край позицията на плувка ротаметър с точност разделяне на пода.

6.3.6. Премахване на температурата на водата показания на по скалата на Т1 термометър.

6.3.7. Запис в протокола:

- показанието на разходомера (безразмерна разделения мащаб, за да в рамките на половин дивизия);

- пиезометри отчитания (в cm с точност до 0.2 cm);

- термометър (в градуси по Целзий до около 0,5 ° С).

6.4. единица затвори.

6.4.1. VN1 Затворете вентила, вентилът се отваря BH4. Водата в пиезометри ще започне да пада.

6.4.2. Когато четенето на пиезометри P1 - P10 ще бъде 20 ... 30 cm, затворете вентилите ВН4 и ВН2.

6.4.3. Проверете първоначалното състояние образователна настройката за: затворени всички клапани.

7.OBRABOTKA експериментални данни

7.1. Изчислява обемния дебит на калибровъчната крива (фиг. 7).

Фиг. 7. разходомер калибриране Кривата на PC-7

7.2. За известни стойности на дебита и изчисляване на средното квадратично скоростта на флуида в секциите за контрол

7.3. Определяне на кинематичния вискозитет на вода при фиксирана температура от графика на вискозитет в сравнение с температура (фиг. 8).

Фиг. 8. кинематичен вискозитет зависимост от температурата на водата

7.4. Определя се броят на Рейнолдс съгласно формула

за раздел 1. В случая, където Re е равна или по-голяма от 2320 тогава турбулентен режим, и Кориолис коефициент може да се приема за всички части (т. к. секции малък диаметър ще бъдат по-Re). В противен случай - да държи на броя на изчисление за всяка секция. В зависимост от режима на потока, за да изберете подходящата стойност на коефициента на Кориолис.

7.5. Изчислява глава скорост във всяка контролна секция, като гравитационното ускорение cm / s2.

7.6. Изчислете общия главата на течност във всички тестови секции

7.7. Изчислете общата загуба глава секции контролните I = 2 ... 10 по отношение на първата част

7.8. резултати от изчисленията, се съхранява в експерименталния протокол таблица.

7.9. Според резултатите от експеримента, изграждане на графики на дължината на главата на тубата (формата на графиката, показана на Фигура 9). За да направите това:

- схематично изобразен анализира тръбна секция показва контролни секции;

- изпрати ол координатна ос във връзка с началото на първата част по оста на тръбата;

- по значение общо главата в първия раздел, за да изберете съотношение на наляганията ос;

- във всяка контролна секция на вертикалната ос ол отложи стойност пиезометричната налягане, свържете точките от данните от прави линии;

- във всяка точка на ол ос вертикално отложи стойност общо глава;

- свържете точките с данни от прави линии;

- от точка, съответстваща на хоризонтална линия;

- петата секция контрол означен пиезометричната налягане, динамично налягане, пълно налягане и загуба на налягане в тръбопровода между първия и петия раздели.

7.10. Уверете се, че от първоначалното до последната част от общата главата намалява.

7.11. Анализ на съотношението на пиезометричната и скорост глави в секции покаже как тези отношения се различават от раздел раздел, и да обясни защо се случват тези промени.

7.12. Направят изводи.

случаи Q = дебит. Q = скорост на потока cm 3 / S; температура # 920; = ° С;