Гидравлика, пневмо - и гидропривод (стр. 3 )

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Расход жидкости может быть определен одним из следующих методов:

по объему жидкости;

по местным скоростям потока;

по перепаду статических напоров и др.

Определение расхода Q по объему жидкости основано на измерении объема ее V, протекшего через систему за некоторый промежуток времени

.

Этот метод является наиболее точным.

Для измерения расхода жидкости по местным скоростям потока живое сечение потока разбивают вертикальными и горизонтальными линиями на ряд участков, в центрах тяжести которых измеряют местные скорости υ. Расход определяется по выражению.

,

где Fi- площади участков живого сечения потока.

Способ измерения расхода с помощью сужающих устройств основан на использовании зависимости между перепадом давлений в потоке, создавае­мыми специальными сужающими устройствами (диафрагмы, сопла, трубы Вентури) и расходом жидкости. Вид этой зависимости определяется уравне­нием Бернулли

,

где - коэффициент сужающего устройства

В выражении для Q и μ приняты следующие обозначения:

Fт - площадь сечения трубопровода;

F0 - площадь проходного сечения сужающего устройства,

αт и αс - коэффициенты кинетической энергии в трубопроводе и в месте

наибольшего сжатия потока;

ε - коэффициент сжатия потока;

τс - коэффициент сопротивления участка;

h - перепад статических напоров в пьезометрах.

Диафрагма является конструктивно наиболее простым прибором. Однако она имеет наиболь­шее гидравлическое сопро­тивление и вызывает значи­тельные потери напора. Для практического использования диафрагм необходимо знать значение коэффици­ента расхода μ. Значения μ могут быть получены с не­обходимой точностью опытным путем. Результаты экспериментов обрабаты­вают на основе методов теории подобия.

Условиями подобия потоков в сужающих потоках являются:

1) геометрическое подобие, выража - емое равенством отношений , где d - диаметр диафрагмы;

D - диаметр трубопровода;

2) равенство числовых значений критерия Рейнолъдса Rе для потоков. Таким образом,

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка состоит из напорного бака 1, присоединенного к нему тру­бопровода с установленной на нем диафрагмой 2, мерного бака 3.Напорный бак служит для поддержания в системе постоянного напора. Заполнение на­порного бака водой производится насосом. Расход жидкости в системе регу­лируется вентилем 4.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. При закрытом вентиле 4 включается насос и напорный бак заполня­ется жидкостью; вентили 4 и 5 открываются и производится проливка сис­темы.

2. Вентиль 4 закрывается и производится проливка пьезометров.

3. С помощью вентиля 4 в системе устанавливается некоторый расход жидкости.

4. Производится измерение расхода жидкости в трубопроводе.

Для этого при закрытом вентиле 5 в начальный момент времени τ0 по мерному стеклу отмечают уровень жидкости Н0 в баке 3. Одновре­менно с этим включают секундомер. В момент времени τ, когда мер­ный бак заполнится, отмечают верхний уровень жидкости Н и выклю­чают секундомер.

Показания τ секундомера и изменение уровня записывают в протокол работы.

5. В момент времени τ0 и τ снимают показания пьезометров h.

6. Снимают показания термометра.

7. Опыт повторяется при ряде расходов (9-10 значений).

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

1. Определяются перепады напоров в пьезометрах и соответствую­щие им расходы жидкости в трубопроводе

где F - площадь мерного бака.

2.Вычисляются значения коэффициентов расхода

3.Определяют величины средней скорости υ потока

где Fт - площадь сечения трубопровода.

По значениям υ вычисляют величины критерия Rе

где ν - кинематический коэффициент вязкости жидкости.

На основании полученных данных строится график зависимости

По этому графику определяется нижняя граница квадратичной зоны . В этой зоне вычисляют среднее арифметическое из несколь­ких значений μ:

а также среднюю квадратичную и относительную среднюю квадра­тичную погрешности среднего арифметического:

4.Для удобства пользования расходомером в квадратичной зоне строится в логарифмических координатах тарировочный график

lgQ=f(lgh)

Запись показании приборов и обработка полученных результатов производится в протоколе (приложение 4). К протоколу приложить тарировочный график.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 . Какие методы измерения расхода жидкостей Вам известны?

2. В чем заключается принцип определения расхода жидкости по местным скоростям потока?

3. В чем заключается принцип замера расхода жидкости по пере­паду статических напоров?

4. Какой физический смысл коэффициента расхода сужающего уст­ройства?

5. Перечислите основные правила установки расходомеров на тру­бопроводе.

РАБОТА 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКУЮ СТЕНКУ

Цель работы. Экспериментальное определение силы суммарного

гидростатического давление на плоскую стенку, сравнение ее величины с расчетным значением.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Если плоская стенка подвергается одностороннему давлению жидкости (на несмоченной стороне стенки атмосферное давление), то результирующая Р сил давления, воспринимаемая стенкой и нормальная к ней, определяется выражением

где F - смоченная площадь стенки;

рсu - избыточное давление в центре тяжести площади;

hc - расстояние по вертикали от центра тяжести площади до пьезометрической плоскости.

При избыточном давлении роu на свободной поверхности эта плоскость проходит над свободной поверхностью жидкости на расстоянии

,

при вакууме ров – под свободной поверхностью на расстоянии

.

Если роu = 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью и нагрузка на стенку создается только весовым давлением жидкости.

Сила давления Р приложена в точке пересечения линии действия ее с плоскостью стенки. Точка приложения силы называется центром давления. Положение центра давления в плоскости стенки определяется формулами

где уд и уc - расстояние от центра давления и центра тяжести площади стенки до линии пересечения плоскости стенки с пьезометрической плоскостью;

Δу - смещение центра давления относительно центра тяжести;

Jc - момент инерции площади стенки относительно горизонтальной

оси, проходящей через центр тяжести площади стенки.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

При исследовании силы гидростатического давления на плоскую стенку используют установку.

Основными элементами установки (рис.7) являются: резервуар 1, заполняемый водой, к боковой стенке которого посредством гибкой диафрагмы подсоединяется диск 2, воспринимающий весовое давление жидкости. Диск шарнирно закреплен на кронштейне 3. Сила весового давления жидкости на диск 2 уравновешивается грузом 4, приложенным к свободному плечу рычага 5. Положение равновесия рычага контролируется индикатором часового типа 6, установленным на штативе 7. Уровень жидкости в резервуаре определяется по показаниям водомерной трубки 8.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЫТА

1. Перед начатом опыта производят измерения:

а) диаметра диска 2,

б) плеча груза 1;

в) плеча центра тяжести диска 2.

2. Стрелку индикатора 6 устанавливают на нулевое деление.

3. Резервуар заполняется водой. Диск должен быть полностью погружен под уровень воды.

4. По водомерной трубке определяется глубина расположения центра тяжести hc.

5. Замечается показание стрелки индикатора.

6. Используя сменные грузы, устанавливают стрелку индикатора в исходное (нулевое) положение. При этом диск возвращается в начальное положение. В этом положении определяют вес сменных грузов, результат записывают в протокол наблюдений (приложение 5). Опыт следует выполнять при трех различных уровнях воды.

ОБРАБОТКА ДАННЫХ

1. Находится центральный момент инерции диска

.