Аппаратура и материалы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Гидравлика»

Ставрополь, 2005

В методических указаниях к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика» сформулированы цели и содержание исследований, даны теоретические обоснования работ, приведены описания лабораторных стендов и указания по технике безопасности, изложена методика проведения экспериментов и обработки полученных данных, содержание отчета и его форма, указаны контрольные вопросы для подготовки к защите работ.

Составители: Богачев В.В., Борисенко О.А.

Рецензент: Стоянов Н.И.

Основным направлением лабораторного практикума является разъяснение физической сущности рассматриваемых гидравлических явлений, ознакомление студентов с методикой экспериментальных исследований, а также усвоение и закрепление теоретического материала по важнейшим разделам и отдельным вопросам курса «Гидравлика».

Каждая работа описана отдельно, по возможности без ссылок на предыдущие и последующие работы. Гидравлика - прикладная инженерная наука о равновесии и движении жидкости, основанная преимущественно на экспериментальных данных. Лабораторные исследования дают возможность выявить на модели гидравлическую картину работы трубопроводов, сооружений и устройств; получать значения опытных констант, входящих в расчетные зависимости, наблюдать картины течения жидкостей в различных условиях

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Определение кинематического коэффициента вязкости

Вискозиметром Энглера

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ

Определение вязкости жидкости при различных температурах и построение температурной кривой n = f (T).

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Одним из основных свойств жидкости является вязкость. Вязкостью называется способность жидкости оказывать сопротивление относительному смещению слоев. Сила сопротивления сдвигу называется силой внутреннего трения.

При прямолинейном слоистом движении широкого класса жидкостей сила внутреннего трения между смещающимися слоями выражается формулой Ньютона - Петрова.

где h – динамический коэффициент вязкости жидкости;

S – площадь соприкосновения слоев;

du/dn – градиент скорости, являющийся показателем интенсивности изменения величины скорости по нормали к ее направлению.

Динамический коэффициент вязкости h, являющийся основной количественной характеристикой вязкости жидкостей и газов, численно равен силе трения, возникающей на единичной площади при единичном градиенте скорости, имеет размерность в системе СИ: Па×с. Наряду с динамическим коэффициентом вязкости в гидравлике широко используют кинематический коэффициент вязкости n, определяемый соотношением:

где r – плотность жидкости.

Единица измерения кинематического коэффициента вязкости в системе СИ: м²/с.

Жидкости, для которых выполняется уравнение Ньютона - Петрова, называют ньютоновскими, остальные неньютоновскими.

Для определения вязкости применяют вискозиметры различных систем: Энглера, капиллярные, шариковые, ротационные.

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

Вискозиметр Энглера применяется для определения вязкости капельных жидкостей, вязкость которых выше вязкости воды. Он относится к разряду условных приборов, в которых вязкость определяется по отношению к вязкости известной жидкости (дистиллированной воды). Вискозиметр представляет собой два концентрически вставленных друг в друга резервуара (рисунок 1.1). Основной частью вискозиметра является латунная ванна (1) (ее вместимость до остриев штифтов составляет 240 см³) с вмонтированным в ее дно суживающимся насадком (3) из нержавеющей стали. Площади сечения насадка на входе и выходе постоянны и соответственно равны 6,6 мм² и 6,16 мм². На внутренней поверхности ванны имеется три заостренных крючка-штифта (4), с помощью которых осуществляется контроль уровня замеряемой жидкости. Входное отверстие насадка закрывается стержнем (7). Сосуд имеет крышку (5) с отверстиями для запорного стержня и термометра (б). Латунная ванна помещается в водяную баню (2), которая оборудована электроподогревающим устройством (9) и мешалкой. Температура воды в бане контролируется с помощью термометра (6). Имеется круглая площадка для мерного стакана (8) емкостью 200 - 500 мл.

Рисунок 1.1 – Схема вискозиметра Энглера

1.4. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Студенты обязаны выполнять общие требования безопасности согласно Инструкции по охране труда в лаборатории С-106 кафедры «Теплотехника, ТГСиВ», утвержденной 26.02.1999 года.

1.5. МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом опыта необходимо установить прибор в строго горизонтальное положение. Воду, находящуюся в бане, подогреть постепенно до заданной температуры и поддерживать эту температуру в процессе проведения опыта, постоянно перемешивая жидкость (воду).

Входное отверстие насадка закрыть стержнем и во внутренний резервуар залить исследуемую жидкость с условием, чтобы свободная поверхность жидкости в ванне касалась остриев всех трех штифтов. Затем ванну закрыть крышкой, вставить термометр и, после стабилизации температуры по всему объему исследуемой жидкости, открыть входное отверстие насадка для выпуска жидкости, одновременно включив секундомер. По достижении уровня жидкости в мерном стакане отметки 200 мл, секундомер выключить. (При изменении вязкости масла пена, находящаяся выше уровня, в расчет не принимается). Измерения производить только при условии непрерывности струи. Если жидкость вытекает по каплям, то измерения вязкости производить при более высоких температурах, когда будет соблюдаться условие непрерывности. В этом случае вязкость жидкости при более низких температурах вычисляют графически или методом экстраполяции.

При определении вязкости очень густых жидкостей можно измерить время истечения 100 мл и умножить на коэффициент 2,35, что приблизительно соответствует времени истечения 200 мл этой жидкости. При каждой температуре жидкости опыты повторяются. Данные опыта заносят в таблицу 1.1.

Условная вязкость испытываемой жидкости характеризуется градусами Энглера:

где t_Ж – время истечения 200 мл испытываемой жидкости через насадок при заданной температуре;

t_ПР – время истечения 200 мл дистиллированной воды при 20°С, t_ПР=52с.

Для перехода от условной вязкости °Е к кинематическому коэф­фициенту вязкости n воспользуемся формулой

n = (0,0732 ´ °Е – 0,0631 / °Е) ´ 10^-4 , м²/с (4)

Таблица 1.1 – Обработка данных опыта

Величина	Обозначение	Единицы измерения	№ Опытов
Температура жидкости	Т	°С
Объем	W	мл
Время истечения	tж	с
Вязкость в градусах Энглера		-
Кинематический коэффициент вязкости

После обработки опыта строится температурная кривая n=f(Т).

1.6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Отчет по лабораторной работе выполняются в тетради или на листах формата А4. При этом в отчете должны быть записаны: номер и наименование лабораторной работы, цель работы, начерчены принципиальная схема опыта или опытной установки» таблица для записи основных параметров установок и опытных данных, необходимые расчетные зависимости. К отчету прилагается график, выполненный на миллиметровой бумаге.

Выполнив все необходимые записи показаний измерительных приборов, надо произвести вычисления, занести в таблицу, сделать краткие выводы по работе (в часы лабораторных занятий или часы самостоятельной работы).

Работа должна быть защищена и подписана преподавателем, под руководством которого она проводилась.

1.7. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется вязкостью жидкости?

2. Какими коэффициентами характеризуется вязкость жидкости?

3. Каков физический смысл динамического коэффициента вязкости?

4. Что называется силой внутреннего трения жидкости?

5. Какой формулой выражается сила внутреннего трения?

6. Что называется ньютоновскими и неньютоновскими жидкостями?

7. Какими приборами измеряется вязкость жидкости?

Защита работы проводится в виде собеседования.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2