Порядок выполнения работы. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Иллюстрация уравнения Бернулли

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

Общие сведения

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

P₁/(pg) + w₁ ²/(2g) = P₂/(pg) + w₂²/(2g) + h_тр

Где Р - давление, w- средняя скорость потока в сечении; ρ - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; h_тр -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:

P/(pg) = H„ - пьезометриче­ский напор(потенциальная энергия),

w² /(2g)=H_K - скоростнойнапор (кинетическая энергия),

P/(pg) + w²/(2g) = Н - полныйнапор (полная механическая энергия жидкости),

h_тр- потери напора (механической энергии за счет ее преобразования в те­пловую энергию). Такие энергии измеряются в единицах дли­ны, т.к. Дж/Н = Нм/Н = м.

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 wи, следовательно, кинетическая энергия w² /(2g) уменьшаются,

что в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенци­альной энергии P/(pg). Другими словами, понижение скорости потока wпо течению приводит к возрастанию давления Р, и наоборот.

Описание устройства

Устройство содержит баки 1 и 2, сообщаемые через опытные каналы переменного 3 и постоянного 4 сечений Каналы соединены между собой равномерно располо­женными пьезометрами I-V, служащими для измерения пьезо­метрических напоров в характерных сечениях. Устройство за­полнено подкрашенной водой. В одном из баков предусмотре­на шкала 5 для измерения уровня воды.

При перевертывании устройства благодаря постоянству напо­ра истечения Но во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

Рисунок 1 - Схема лабораторного устройства Где 1,2 - баки; 3,4 - опыт­ные каналы переменно­го и постоянного сече­ния; 5 - уровнемерная шкала; I-V – пьезометры

Порядок выполнения работы

1. При заполненном водой баке 2 перевернуть устройство для получения течения в канале переменного сече­ния 3.

2. Снять показания пьезометров Hn=P/(pg) по нижним частям менисков воды в них.

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

4. По размерам А к В поперечного сечения бака, пере­мещению уровня h и времени t определить расход Q воды в канале, а затем скоростные Нк и полные Н напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице1.

Таблица 1 – Результаты эксперимента

№ п/п	Наименование величин	Обозначения, формулы	Сечения канала
I	II	III	IV	V	VI
1. 2. 3. 4. 5.	Площадь сече­ния канала, м Средняя скорость, м/с Пьезометриче­ский напор, см Скоростной напор,м Полный напор, м	S w Hlr-P/(pg) HK =w 2/(2g) H =P/(pg) + w2 /(2g)

A = 0,21 м, В= 0,04 м; d = 0,005 м S= 0,25 ·10 ^-4 м² t = с; Q=ABh/t м³/с

5. Вычертить в масштабе канал с пьезометрами (рис 2). Соединив уровни жидкости в пьезометрах и центром вы­ходного сечения VI, получить пьезометрическую линию 1, по­казывающую изменение потенциальной энергии (давления)

вдоль потока. Для получения напорной линии 2 (линии полной механической энергии) отложить от оси канала полные напо­ры Н и соединить полученные точки.

6. Проанализировать изменение полной механической Н, потенциальной P/(pg) и кинетической w²/(2g) энергий жид­кости вдоль потока; выяснить соответствие этих изменений уравнению Бернулли.

/ II III IV V VI

Рисунок 2 - Иллюстрация уравнения Бернулли:

1,2- пьезометрическая и напорная линии; Н_;. Н₂ - полные напоры (механические энергии) на входе и выходе из кана­ла; h_Tр, h_dl, h_d2, h_BC, h_P, h_c - потери напора: суммарные, по длине на 1^ом и 2^ом участках, на внезапное сужение, на плав­ные расширения и сужения.

Вопросы для повторения

1. Какой физический смысл имеет уравнение Бернулли и его слагаемые?

2. Чем отличается уравнение Бернулли для идеальной жидкости от уравнения Бернулли для реальной жидкости?

3. Расскажите об устройстве и принципе действия экспериментальной установки.

Литература

1. Романков П.Г. и др. Процессы и аппараты химической промышленности. Л.: Химия, 1989. –

2. Павлов К.Ф. и др.. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.: Альянс, 2006. – 576 с.

3. Слобожанин Г.Д., Слобожанин Д.Г. Практикум по гидравлике на портативной лаборатории «КАПЕЛЬКА" Т.: Томский архитектурно-строительный университет. 2007 - 28