Linii de construcție și de presiune piezometric experimentale pentru curgerea fluidului în conducta

Agenția Federală pentru Educație

Instituție de învățământ de stat de învățământ superior

Universitatea Tehnică de Stat Perm

Departamentul de Hidraulica si Masini Hidraulice

construcție experimentală a piezometric
și liniile de presiune pentru curgerea fluidului într-un tub de secțiune transversală variabilă (ilustrare geometrică ecuația Bernoulli)

instrucțiuni metodice 7B lucrări de laborator

pentru elevii de toate formele de învățământ

Hidraulică și mașini hidraulice,

Informațiile de bază despre ecuația de bilanț energetic mecanică a unui flux de fluid vâscos incompresibil, descrierea dată setarea de formare „hidrodinamicii DG-09“, prezentată secvența experimentului și ordinea de prelucrare a datelor experimentale.

Ilustrația 9. Referințe 3 titluri. Tabelul 1.

Subiectul cercetării de laborator este variația energiei mecanice specifice a fluidului de-a lungul tubului de secțiune transversală variabilă.

examina Empiric comportamentul piezometric, viteza și presiunea totală de-a lungul fluxului de fluid într-o conductă cu un diametru variabil.

2. Prezentare generală

Masa în mișcare a suprafețelor de ghidare delimitate de lichid (de exemplu, țeavă) numit flux. Fig. 1 reprezintă un fragment de unidimensional flux constant la starea de fluid vâscos incompresibil.

Fig. 1. Fragment fluxului de lichid

Desenați secțiunea transversală de curgere. Medie Secțiunea transversală a vitezei fluidului este

unde Q - debitul volumetric, adică valoarea volumetric al trecerii fluidului prin secțiunea transversală a fluxului de pe unitatea de timp, m3 / s ..

S - zonă liberă.

În diagrama, următoarea notație:

z - coordonarea verticală a centrului de greutate al secțiunii transversale în raport cu un plan de referință;

p - presiunea (absolută sau gauge) în centrul de greutate al secțiunii transversale.

De la (1) rezultă că pentru un debit constant dat rezultate în creștere a ariei secțiunii transversale în reducerea vitezei medii și invers cu scăderea ariei secțiunii transversale crește viteza medie

Fluxul de lichid face mișcare mecanică, care este o măsură a energiei mecanice. Fie E - energia mecanică a fluxului de fluid într-o secțiune dedicată. Sistemul hidraulic folosit conceptul de densitate de energie. În special, acesta poate fi energia raportată la unitatea de greutate a lichidului

care se numește presiune. Presiune măsurată în unități de lungime.

Secțiunea transversală de curgere este egală cu capul totală

unde z - cap geodezice care caracterizează energia specifică în raport lichid în poziția planului de referință;

- cap hidraulic, care determină specific „presiunea energiei“;

- presiunea de viteză egală cu energia cinetică specifică a fluxului în secțiunea selectată.

Suma - un hydrohead care să reflecte energia potențială specifică în secțiunea de curgere.

Valoarea în expresia pentru capul vitezei, denumit factorul Coriolis. Se ia în considerare distribuția inegală a vitezelor locale pe secțiunea transversală și egal cu raportul dintre energia cinetică a fluidului într-o secțiune la o viteză locală specifică pentru energia cinetică calculată din viteza medie. Trebuie remarcat faptul că rata medie, față de viteza locală, vezi măsurarea indirectă a debitului volumetric și aria secțiunii transversale (a se vedea Ec. (1)). Pentru flux laminar, turbulent -.

Presiunea debitului complet în secțiunea formată din energia potențială specifică și energia cinetică specifică. În general, se schimbă, dar schimbarea unuia dintre ei este egală cu o altă pierdere. O concluzie importantă: în secțiunea transversală de curgere cu creșterea vitezei și presiunii este redusă, invers, atunci când scăderea presiunii crește viteza, adică ..

În timpul conducerii forțelor de frecare fluid funcționează și reduce energia specifică totală a debitului. Scăderea energie totală specifică a lichidului atunci când acesta este deplasat de-a lungul fluxului din secțiunea 1-1 secțiunea 2-2 (Fig. 2) este egală cu forța de frecare specifică, la aceeași mișcare

unde H 1 - cap totală în secțiunea transversală 1-1;

H 2 - capul totală la secțiunea 2-2;

h 1-2 - activitatea forțelor de frecare atunci când se deplasează lichidul din secțiunea 1-1 la secțiunea 2-2, raportată la greutatea unității.

Fig. 2. Conducta

Cantitatea h 1-2 se numește pierderile totale ale capului în timpul mișcării unui fluid vâscos între secțiuni menționate.

Expresia (3) poate fi redus la forma

Extinderea capului total de formula (2), obținem:

Ecuația (4) exprimă schimbarea în energie mecanică totală specifică a fluidului se deplasează de la secțiunea 1-1 la secțiunea 2-2 - o ecuație Bernoulli pentru fluxul constant de fluid vâscos incompresibil.

Daniel Bernoulli ecuația (r.) Este ecuația fundamentală a hidromecanică, pe baza cărora a rezolvat multe practic zadachi.Primenitelno un fluid în mișcare, ea exprimă legea conservării energiei pentru un echilibru ideal de energie lichid pentru realnoyzhidkosti. Ecuația ustanavlivaetsvyaz între presiunea, viteza și poziția vybrannyhsecheniypotoka unde există aceste presiuni și viteze.

Dacă conducta orizontală, planul comparație convenabil naviga prin axa liniei de țeavă. Apoi, ecuația lui Bernoulli poate fi scrisă după cum urmează:

Fixarea secțiunea 1-1 (a se vedea. Figura 2) și se deplasează de-a lungul secțiunii de curgere
2-2, este posibil să se afle natura modificărilor de piezometrice, viteza și capul totală de-a lungul lungimii fluxului.

Linia care arată modificarea presiunii totale de-a lungul lungimii fluxului, numit o linie de presiune sau un cap de linie completă.

Linia care arată modificarea presiunii piezometrica a lungimii fluxului numit linie sau o linie de cap piezometrice piezometrice.

primi presiunea și experimental linia piezometrică pentru curgerea fluidului într-o conductă cu un diametru variabil aranjate orizontal. Conducta are o secțiune de control conectat la piezometre. secțiune numerotată mișcare lichid aval i = 1,2, ... 10. Aliniind plan comparativ cu axa longitudinală a țevii, vom accepta. Debitul de lichid din tubul Q = const. regimul de curgere - turbulentă.

In timpul experimentului sunt măsurate cantitățile piezometre, calculate prin rezultatele capului de viteză în tubul de măsurare a debitului indirect, iar pierderea totală capul măsurată prin diferența dintre capul totală în primele și următoarele secțiuni ale tubului de control.

Folosind presiunea și linia piezometrică, este necesar să se analizeze comportamentul capului totală, precum piezometrică raportul și capetele de viteză în secțiunile transversale ale conductei, pentru a explica modul în care aceste rapoarte variază de la secțiune la secțiune, și de ce apar aceste modificări.

4.USTROYSTVO ȘI FUNCȚIA
UNITATE DE FORMARE

Dispozitiv de montare (Fig.3).

Instalația constă dintr-un tub de secțiune transversală variabilă 2 (Figura 4), la care sunt atașate zece Piezometrele P1-P10 și PT1 rotametru. Pipe 2 variabilă secțiune transversală se face cu o tranziție lină de la o secțiune la alta.

Fig. 3. Circuit hidraulic setare educațional "hidrodinamicii DG-09"

Fig. 4. Tubul tăiat de secțiune transversală variabilă

Tubul 2 secțiune variabilă, cu un capăt conectat prin supapa la VN1 B1 sistem de laborator de reciclare a apei rezervor de evacuare. Celălalt capăt al tubului 2 este conectat printr-o PT1 rotametru, valva BH2 și conducta de 6 la rezervorul de golire laborator sistem de reciclare a apei B2. Înainte de VN1 a supapei T. Termometru bimetalic

Capetele superioare ale piezometrelor sunt atașate la colectorul de aer 7, care printr-o conductă 8 și supapă BH4 conectat cu atmosfera. Punctul superior al instalării tuburilor de conectare 4 și 5 ventilele conectate VN5 BH3 și tubul de apă-dozare VT1.

Debitmetru - un dispozitiv pentru măsurarea debitului. Principiul dispozitivului zona debitmetrului variabilă este prezentat în Figura 5. Carcasa este proiectată ca un tub de sticlă 1, extinderea în sus (unghiul de conicitate la 5 la 35 °). În interiorul tubului este plasat un flotor (rotor) 2. Curgând prin actele de fluid asupra plutitorului 2 al unei forțe P. Dacă această forță depășește forța de gravitație G a flotorului, acesta sare, mărind zona golului pentru curgerea unui fluid. În acest caz, forța care acționează asupra flotor din fluidul de spălare este redusă. În caz de egalitate de putere P, hidro și forța de gravitație G a flotorului ultima ingheata. Pe suprafața exterioară a tubului de sticlă 1 este aplicat pe o scală adimensionale. Prin curba de calibrare (Figura 7) de numărare în unități relative este convertită într-un debit în cm3 / s.

Fig. 5. Aparat rotametru

4.2. Principiul instalației.

Stabilind apa este alimentată prin conducta 11 din laborator sistem de reciclare a apei B1 cutiei de capăt. In H1 rezervor B1 prin pompa și conducta de preaplin 10 menține constant nivelul apei și deci pentru orice VN1 deschidere și supapele BH2 asigură un debit constant în eprubetă 2 cu secțiune transversală variabilă.

Apa intră în tubul 2 cu secțiune transversală variabilă de-a lungul conductei 1, prin supapa de admisie VN1.

Supape VN1 și BH2 poate regla debitul dorit prin conducta 2; Piezometrele P1-P10 măsurat cap hidraulic în cele zece secțiuni transversale ale corpului tubular 2.

debitul de apă din instalație este măsurată prin PT1 debitmetrului. Măsurată în diviziuni scara adimensionale (pe marginea superioară a flotorului), valoarea debitului curbei de calibrare (fig.7) se recalculează în cm3 / s.

supapă BH4 pentru reglarea poziției liniei piezometrica prin eliberarea aerului din colectorul de aer 7. Supapă BH3 pentru eliberarea aerului din instalație. tub de măsurare a apei VT1 este utilizat pentru a controla umplerea instalației cu apă și de a controla nivelul apei din rezervor sub presiune laborator sistem de reciclare a apei B1. Valve cu un VN5 vârf - Tehnologie (utilizată, de exemplu, pentru conectarea rezervorului de măsurare în scopul calibrării rotametru PT1). Temperatura măsurată a apei de T. termometru

5. Securitatea muncii la efectuarea lucrărilor de laborator

5.1. Păstrați zona de lucru în jurul instalației.

5.2. Nu vă sprijiniți de piezometre tub de sticlă.

5.3. Ferește-te de scurgeri de apă la îmbinări de țevi și supape.

5.4. Pentru a lucra cu formare, este permis să înceapă după:

- să primească instrucțiuni privind „Liniile directoare de siguranță în activitatea studenților în instituțiile de învățământ din laboratorul de sisteme hidraulice și mașini hidraulice. OTH "

- studierea liniile directoare pentru activitatea de laborator, dezvoltat folosind setarea educațional „hidrodinamicii GD-09“

- Manual de instalare de formare de utilizare.

5.5. Nu lucrați la instalarea de formare non-reparat, repara.

5.6. Nu funcționează pompele, sistem de laborator de reciclare a apei este permisă numai de către personal instruit de laborator.

5.7. Laboratorul se permite să efectueze, în conformitate cu orientările metodologice la acestea și numai în prezența unui profesor sau maestru de învățământ.

6.1. Localizarea comenzilor. setări și măsurători.

6.1.1. Localizarea comenzilor și instrumentație este prezentată în figura 6.

Fig. 6. Forma generală de setare educațional „hidrodinamicii DG-09“

6.2. Noțiuni de bază.

6.2.1. Verificați dacă locul de muncă al instalării nu este aglomerat si iluminata corespunzator.

6.2.2. Verificați starea instalației inițiale: Supapele VN1, BH2, BH3, BH4, VN5 închis. Instalarea poate fi umplut sau nu umplute cu apă

6.2.3. deschide complet supapa de BH3.

6.2.4. Deschideți supapa de la o valoare mică VN1, astfel încât apa începe să umple treptat de instalare. Apa din piezometre se va ridica la o anumită înălțime. tub de măsurare a apei BT1 umplut cu apă până la un nivel în sistem B1 de reciclare a apei rezervor cap. La deschiderea supapei de VN1 să fie atent că apa din tuburile de apă-contorizare nu sunt stropilor!

6.2.5. Închideți supapa BH3.

6.3. Realizarea lucrărilor.

6.3.1. Deschideți ușor supapa BH2.

6.3.2. supapă VN1 stabilit un flux arbitrar de apă în instalație. Uita-te la ascensiunea PT1 float rotametru (cele mai bune rezultate sunt obținute atunci când sunt utilizateódebite lshih) și mișcarea nivelului apei în piezometre.

6.3.3. Dacă este necesar supapă (pentru comoditate de măsurare) BH4 ajusta linia piezometrică. Închideți supapa de BH4.

6.3.4. Așteptați 1 - 2 minute, până când setările nu sunt șterse din ultimele bule de aer și apă în piezometre nu se află la un nivel constant.

6.3.5. Folosind Piezometrele măsoară precizia capului hidraulic de cel puțin 0,2 cm. In acest caz, din cauza fluctuațiilor turbulente în fluxul și alte motive, nivelul apei în piezometre ușor poate fluctua. Pentru a îmbunătăți precizia de măsurare, se recomandă să facă împreună (cinci piezometre) maistru echipa „conta!“. În același timp, membru al echipei treilea măsoară debitul de apă de pe poziția marginea superioară a rotametru plutitor cu precizie împărțirea pe podea.

6.3.6. Scoateți citirile de temperatura apei pe scara termometrului T1.

6.3.7. Înregistrarea în procesul-verbal:

- indicarea debitmetrului (o diviziuni la scara adimensionali în în jumătate diviziune);

- lecturi piezometre (în centimetri, cu o precizie de 0,2 cm);

- termometru (în grade Celsius la ± 0,5 ° C).

6.4. Unitate închide.

6.4.1. VN1 Închideți valva, deschide supapa BH4. Apa din piezometre va începe să scadă.

6.4.2. Când citirea piezometrelor P1 - P10 va fi de 20 ... 30 cm, închide supapele BH4 și BH2.

6.4.3. Verificați setarea starea inițială de învățământ: toate supapele închise.

date experimentale 7.OBRABOTKA

7.1. Se calculează debitul volumetric al curbei de calibrare (Fig. 7).

Fig. 7. Curba de calibrare debitmetrului PC-7

7.2. Pentru valorile cunoscute ale debitului și calculează viteza medie pătrată a fluidului în secțiunile de control

7.3. Se determină viscozitatea cinematică a apei la o temperatură fixă ​​de un grafic de viscozitate față de temperatură (Fig. 8).

Fig. 8. dependența de vâscozitate cinematică de temperatura apei

7.4. Se determină numărul Reynolds conform formulei

pentru secțiunea 1. În cazul în care Re este egală sau mai mare decât 2320 atunci regimul turbulent, și coeficientul Coriolis pot fi luate pentru toate secțiunile (t. k. secțiuni cu diametru mai mic va fi mai mult Re). În caz contrar, - să dețină numărul de calcul pentru fiecare secțiune. În funcție de regimul de curgere pentru a alege valoarea corespunzătoare a coeficientului Coriolis.

7.5. Calculați capul de viteză în fiecare secțiune de comandă, având gravitațională accelerația cm / s2.

7.6. Se calculează capul total de lichid în toate secțiunile de testare

7.7. Se calculează pierderea totală capul în secțiunile de control i = 2 ... 10 în raport cu prima secțiune

7.8. Rezultatele de calcul, stoca în foaia de calcul protocol experimental.

7.9. Conform rezultatelor experimentului, a construi graficele din lungimea capului tubului (forma graficului prezentat în figura 9). Pentru a face acest lucru:

- ilustrează schematic secțiunea țevii analizate care indică secțiunile de control;

- trimite olul axe de coordonate cu referire la începutul primei secțiuni de-a lungul axei țevii;

- semnificativ cap totală în prima secțiune pentru a selecta un raport de axa presiunilor;

- în fiecare secțiune de control al axei verticale olul amână valoarea presiunii piezometrice, conectați punctele de date de linii drepte;

- în fiecare secțiune a axei OL amâna vertical capului valoarea totală;

- conectați punctele de date prin linii drepte;

- dintr-un punct care corespunde unei linii orizontale;

- o secțiune de control al cincilea notat presiune piezometrica, presiune dinamică, presiune completă și pierderea de presiune în conducta între prima și a cincea secțiuni.

7.10. Asigurați-vă că de la inițială la secțiunea finală a capului reduce totală.

7.11. Analizeaza raportul dintre capete piezometrice și viteză în secțiuni arată modul în care aceste relații variază de la secție la secție, și să explice de ce apar aceste modificări.

7.12. Trage concluzii.

cazuri Q = Flow.; Q = debitul cm 3 / s; temperatură # 920; = ° C;