Министерство образования и науки Российской Федерации
Владивостокский государственный университет
экономики и сервиса
_____________________________________________________________
С.А. ОСТРЕНКО
ГИДРАВЛИка
Лабораторный практикум
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2011
ББК 22.253.3
О 76
Рецензенты: С.В. Чехранов, д-р техн. наук, профессор;
В.П. Рогов, канд. техн. наук, доцент
Остренко, С.А.
О 76 ГИДРАВЛИКА [Текст] : лабораторный практикум. – Владивосток : Изд-во ВГУЭС, 2011. – 76 с.
В практикуме представлены описания шестнадцати лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика», каждая из которых включает краткую теорию, методические указания по выполнению и контрольные вопросы. Справочный материал вынесен в приложение. Словарь терминов состоит из используемых понятий и их определений.
Для студентов, обучающихся по специальности 19060365 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)» и 19050062 «Эксплуатация транспортных средств».
ББК 22.253.3
© Издательство Владивостокского
государственного университета
экономики и сервиса, 2011
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
D, d – диаметр, м; dэ – эквивалентный диаметр, м; F – сила, Н; g – ускорение свободного падения, м/с2; H – напор, м; h, – глубина погружения, м; hпот – потери напора, м; K, k – модули расхода м2 и м2,5/с соответственно; l – линейный размер, м; m – масса, кг; N – мощность, Вт; n – целое число, частота вращения,
с-1; p – давление, Па; pвак – давление вакуумметрическое, Па; pи – давление избыточное, Па; Q – объёмный расход, подача, м3/с; r – радиус, м; Re – число Рейнольдса; s – площадь, м2; T – температура, К; t – время, с; V – скорость, м/с; W – объём, м3; y – перемещение, м; z – геометрическая высота, м; П – периметр, м;
|
| − коэффициент кинетической энергии; p − коэффициент сжимаемости,
Па-1; T − коэффициент объёмного теплового расширения, К-1; − угол, о; − удельный вес, Н/м3; − абсолютная погрешность, разность; ш − абсолютная шероховатость, м; − относительная шероховатость; − относительная погрешность; − коэффициент местных сопротивлений; − кпд; − коэффициент сопротивления трения; − коэффициент динамической вязкости, Па∙с, коэффициент расхода; − коэффициент кинематической вязкости, м2/с; − плотность, кг/м3; − коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; − угол, о.
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Изучение гидравлики студентами автотранспортных специальностей предусматривает проведение определённого количества лабораторных работ. В настоящем сборнике представлены описания лабораторных работ и методические указание для их выполнения.
Целью лабораторного практикума является закрепление студентами материала лекционного курса, развитие навыков самостоятельной работы с приборами при проведении экспериментов, обучение методам определения параметров движущейся жидкости и проведению расчётов, а также умению делать выводы на основании полученных результатов.
На выполнение каждой работы отводится 2 часа. Поскольку при изучении дисциплины часть разделов передана студентам для самостоятельного изучения, то в методических указаниях к каждой работе кратко излагается теоретический материал.
ВВЕДЕНИЕ
Гидравликой называют техническую науку, изучающую механические свойства, законы равновесия и движения жидкостей. Термином «жидкость» охватывают как капельные, практически несжимаемые жидкости, так и газообразные или сжимаемые среды.
В основе теоретического подхода лежит принцип непрерывности Эйлера, согласно которому жидкость рассматривается не как совокупность дискретных её материальных частичек, а как континуум, т.е. сплошная или непрерывная материальная среда, допускающая неограниченную делимость её частиц. Подобный взгляд на строение вещества допустим, если размеры объёмов, в которых рассматривается изучаемое явление, достаточно велики по сравнению с размерами молекул и длиной их свободного пробега.
В гидравлике широко пользуются экспериментальными способами исследования, что позволяет исправлять теоретические выводы, отклоняющиеся от реальных явлений.
Основными разделами практической гидравлики являются: течение по трубам, истечение жидкости из отверстий и через насадки, взаимодействие потока с препятствиями, движение в пористых средах (фильтрация), а также гидравлические машины.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Тема 1. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЖИДКОСТИ
Цель работы: освоить методы измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.
Общие сведения
Вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии (жидкой фазе), называют жидкостью. Жидкое агрегатное состояние является промежуточным между твёрдым состоянием, которому присущи сохранение своего объёма, образование поверхности, обладание определённой прочностью на разрыв, и газообразным, при котором вещество принимает форму сосуда, где оно заключено. В то же время жидкость обладает только ей присущим свойством − текучестью, т.е. способностью пластически или вязко деформироваться под действием любых (включая сколь угодно малые) напряжений. Текучесть характеризуется величиной, обратной вязкости.
Основные характеристики жидкости – плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.
Плотностью однородного вещества называют отношение массы
m жидкости к её объему
W:
ρ = m/W.
Сжимаемость – свойство жидкости уменьшать объём под действием всестороннего давления. Она оценивается
коэффициентом сжимаемости p, показывающим относительное уменьшение объёма жидкости Δ
W/
W при повышении давления Δ
ρ на единицу:
βρ = (Δ
W/
W)/Δ
ρ.
Тепловое расширение – свойство жидкости изменять объём при нагревании – характеризуется, при постоянном давлении,
коэффициентом объёмного теплового расширения T, который равен относительному приращению объёма Δ
W/
W в случае изменения температуры
Т на один градус:
βT =(Δ
W/
W)/Δ
T.
Как правило, при нагревании объём жидкости увеличивается.
Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Её оценивают
коэффициентом динамической вязкости , который имеет размерность Па∙с. Он характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению её слоёв.
Наряду с динамической вязкостью в расчётах часто используют коэффициент кинематической вязкости ν, который определяют по формуле
ν =
μ/
ρ
и измеряют м2/с или стоксами (1 Ст = 1 см2/с).
Коэффициенты динамической и кинематической вязкости определяются родом жидкости, не зависят от скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры.
Поверхностное натяжение – термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение рассматривают как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения , Дж/м2 = Н/м. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю и направлена внутрь той фазы, в которой силы сцепления больше. Таким образом, поверхностное натяжение является мерой некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз.
Значения плотности, коэффициентов сжимаемости, объёмного теплового расширения, кинематической вязкости и поверхностного натяжения при температуре 20°С приведены в табл. П. 3.1 приложения.
Описание устройства для изучения
физических свойств жидкости
Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в одном прозрачном корпусе (рис. 1), на котором указаны параметры, необходимые для обработки опытных данных. Приборы 3–5 начинают действовать после переворачивания на 180
о устройства. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех приборах.