Другие предметы \ Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов

Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ по дисциплине "Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов", страница 2

После заполнения таблицы делаются выводы.
Тема II. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРАВЛИКИ И ЕГО

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

1. Основные положения

Уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии для установившегося потока в поле сил тяжести, является основным уравнением гидравлики. Расчеты трубопроводов, истечения из отверстий и насадков, всасывающих и нагнетательных линий насосов основаны на применении этого уравнения.

Для потока реальной жидкости уравнение Бернулли записывается в следующей виде:

                  (1)

где:  Z1 и Z2 - удельная потенциальная энергия положения потока в рассматриваемых сечениях I-I и II-II на трубопроводе переменного сечения (относительно плоскости сравнения 0-0) (рис. 3.);

 - удельная потенциальная энергия давления потока в тех же сечениях;

 - удельная кинематическая энергия потока;

и - коэффициенты, учитывающие неравномерное распределение скоростей по живому сечению потока I-I и II-II;

- потеря энергии (напора) на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока от сечения I-I до сечения II-II.

Таким образом, уравнение Бернулли является энергетической характеристикой движения реальной жидкости.

Трехчлен  называется гидродинамическим напором потока в сечении I-I и представляет собой удельную (отнесенную к единице веса) механическую энергию, проносимую потоком через это сечение.

Удельная потенциальная энергия потока в сечении I-I отнесенная к плоскости сравнения 0-0 называется пьезометрическим напором.

.                                      (2)

Рис. 3. Графическая иллюстрация уравнения Бернулли.

Аналогичные определения напоров можно дать для любых сечений потока.

Линия 1-1 (рис. 3), соединяющая отметки пьезометрических напоров в сечениях, называется пьезометрической линией.

Линия 2-2, соединяющая отметки гидродинамических напоров в сечениях, называется напорной линией или линией энергии.

Линия энергии по длине потока всегда опускается, т.к. энергия непрерывно расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений.

Потеря энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, определяется из уравнения Бернулли (1):

или

.                                   (3)

То есть потеря энергии равна разности гидравлических напоров в сечениях.

Потеря энергии, отнесенная к единице длины потока называется гидравлическим уклоном I:

                                   (4)

где:  - расстояние между сечениями I-I и II- II.

Энергетическую и геометрическую сущность уравнения Бернулли можно наглядно продемонстрировать на лабораторной установке.

2. Цель работы и описание лабораторной установки

1. Изучение геометрической и энергетической сущности уравнения Бернулли.

2. Определение пьезометрического напора (удельной потенциальной энергии) по показаниям пьезометров.

3. Определение скоростного напора (удельной кинетической энергии) по показаниям скоростных трубок (трубок Пито).

4. Определение гидродинамического напора (полной удельной энергии) и потерь напора (энергии ) на преодоление гидравлических сопротивлений.

Опытная установка (рис. 4) состоит из напорного резервуара 2, металлической трубы переменного сечения 3, пьезометров 4, установленных в трех сечениях, скоростных трубок (трубок Пито) 5, установленных в тех же сечениях. Расход жидкости по трубопроводу регулируется краном 6, а измеряется объемным способом (мерный бак 7). Горизонт воды в напорном баке поддерживается постоянным и определяется по водомерному стеклу 1.

Рис. 4. Схема установки.

3. Порядок проведения опытов

1. Напорный бак заполняется водой. Устанавливается постоянный напор в баке, слив работает непрерывно.

2. Проверяются пьезометрические трубки. При отсутствии движения воды трубопроводе уровни во всех пьезометрических трубках должны быть на одной высоте.

3. При помощи крана 6 устанавливается небольшой расход воды в трубопроводе, величина которого определяется объемным способом (мерный бак 7). Время наполнения бака засекается секундомером.

4. Одновременно с определением расхода записывают в журнал пьезометрический напор (удельную потенциальную энергию) по показаниям пьезометров и гидродинамический напор (полную удельную энергию) по показаниям скоростных трубок (трубок Пито).

5. Пункты 3 и 4 повторяют при полном открытий  крана (максимальный расход).

4. Порядок производства вычислений и оформления работы

1. Расход воды в трубе (см3/с) определяется по формуле:

,                                          (4)

где: V - объем воды в баке, см3;

t - время наполнения бака, с.

2. Средняя скорость  движения воды в трубе (см/с):

                                          (5)

где:  Q - расход жидкости, см3/с;

 - площадь сечения трубы, см2.

3.  Удельная потенциальная энергия () определяется по показаниям приборов (пьезометров).

4.  Удельная кинетическая энергия (скоростной напор ) определяется по разности показаний скоростных и пьезометрических трубок в соответствующих сечениях.

5. Гидродинамический напор  определяется по показаниям скоростных трубок.

6. Потеря энергии (напора) hп определяется как разность начального напора (уровня воды в верхнем баке) и величины гидродинамического напора (показаний скоростных трубок) в сечениях потока.

7.  Скоростной напор в каждом сечении потока вычисляется по формуле:

 (по средней скорости).

8. Скорость по оси потока (см/с) определяется по формуле:

,                                    (6)

где h - разность показаний скоростных и пьезометрических трубок (скоростной напор) в рассматриваемом сечении, см.

Скачать файл