reforef.ru 1


Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО АлтГТУ им. Ползунова И.И.


Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Лабораторная работа №6

по курсу «Гидравлика»
«Иллюстрация уравнения Бернулли»

ОТЧЕТ



ЛР 270115.06.000 ОТ


Выполнил
студент ЭУН-71 Тешурина А. В.

Проверил

старший преподаватель кафедры ТГиВ Яковенко В. П.

Работа принята с оценкой_______

Барнаул 2010

Содержание





Содержание 2

1 Цель и задача лабораторной работы 3

2 Основные теоретические положения 3

3 Схема установки и методика измерений 4

4 Обработка результатов 4

6

5 Анализ полученных результатов и вывод 7


6 Список литературы 7


















ЛР 270115.06.000 ОТ
















Изм

Лист

№ докумен.

Подпись

Дата

Разработал

Тешурина







Лабораторная работа № 6

Литера

Лист


Листов

Проверил

Яковенко







У







2

6













АлтГТУ, СТФ,
гр. ЭУН-71













Утвердил








1 Цель и задача лабораторной работы

Цель – опытное подтверждение уравнения Д.Бернулли, т.е. понижения механической энергии по течению и перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно (связь давления со скоростью).

Задача – измерить пьезометрические напоры в каналах постоянного и переменного сечений;

– построить пьезометрическую линию для каналов постоянного и переменного сечений;


– построить напорную линию для канала переменного сечения;

– выявить закономерности изменения напоров от поперечных сечений каналов.

Результат работы представляется в виде таблицы расчетных величин, пьезометрических и напорной линий для каналов постоянного и переменного сечений.

2 Основные теоретические положения

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

,

где z – высота расположения над координатной плоскостью;

p – давление;

V – средняя скорость потока в сечении;

ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения;


hтр – 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:

z – геометрический напор (потенциальная энергия положения);


– пьезометрический напор (потенциальная энергия);

– скоростной напор (кинетическая энергия);

– полный напор (полная механическая энергия);

hтр – потери напора (механической энергии).

Такие энергии измеряются в единицах длины.

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 уменьшаются, что в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенциальной энергии . Другими словами, понижение скорости потока по течению приводит к возрастанию давления, и наоборот.

3 Схема установки и методика измерений

Устройство №4 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 №4 заполнено подкрашенной водой. В одном из баков пре6дусмотрена шкала 5 для измерения уровня воды.


При перевёртывании устройства №4, благодаря постоянству напора истечения Н0 во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

Работу с устройством №4 выполнить в следующей последовательности:

1) При заполненном водой баке 2 (рисунок 1) перевернуть устройство №4 для получения течения в канале переменного сечения 3.


2) Снять показания пьезометров по нижним частям менисков воды в них.

3) Измерить время t перемещения уровня в баке на произвольно заданную величину S.

Устройство №4

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

Рисунок 1 - Схема устройства №4

4 Обработка результатов


По размерам А и В поперечного сечения бака, перемещению уровня S и времени t определяется расход Q воды в канале, а затем скоростные Hк и полные Н напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице 1.

Вычерчивается в масштабе канал с пьезометрами. Соединив уровни жидкости в пьезометрах и центром выходного сечения VI, получаем пьезометрическую линию 1, показывающую изменение потенциальной энергии (давления) вдоль потока. Для получения напорной линии 2 (линии полной механической энергии) отложим от оси канала полные напоры Н и соединим полученные точки.



Таблица 1 – Результаты опытов
А = 21 см; В = 4 см; S = 7 см; tср = 29,75 с; Q = ABS/tср = 19,8 см3


Наименование величин

Обозначения, формулы

Сечения канала

I

II

III

IV

V

VI

Площадь сечения канала, см


ω

0,45

0,45

0,35

0,35

0,7

0,3

Средняя скорость, см/с



43,9

43,9

56,5

56,5

28,2

65,9

Пьезометрический напор, см



7

5,5

4,5

3,6

4,1

0

Скоростной напор, см



0,9

0,9

1,6

1,6

0,4

2,2

Полный напор,

см


7,9

6,5

6,1

5,2

4,5

2,2


V1 = 19,8/0,45 = 43,9 см/с

V2= 43,9 см/с V3 = 56,5 см/с V4= 56,5 см/с V5 = 28,2 см/с V6 = 65,9 см/с
Hk1 = V2/2g = 1927,21/1960 = 0,9 см

Hk2 = 0,9 см Hk3 = 1,6 см Hk4 = 1,6 см Hk5 = 0,4 см Hk6 = 2,2 см
H1 = 7 + 0,9 = 7,9 см

H2 = 6,5 см H3 = 6,1 см H4 = 5,2 см H5 = 4,5 см H6 = 2,2 см
По полученным данным построим пьезометрическую линию и линию полного напора.



5 Анализ полученных результатов и вывод


При внезапном сужении канала происходит скачкообразное падение полного и пьезометрического напора. При постепенном расширении происходит плавное уменьшение пьезометрического напора и плавное увеличение полного напора. Таким образом, целесообразнее устраивать плавные изменения сечения канала во избежание больших потерь напора.

6 Список литературы


  1. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. - М.: Стройиздат, 1975. - 328 с.

  2. Киселев П.Г. Гидравлика. Основы механики жидкости. - М.: Энергия, 1980. - 360 с.