Основные теоретические положения. Цель и задача лабораторной работы

Цель и задача лабораторной работы

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

Задача – измерить пьезометрические напоры в каналах постоянного и переменного сечений;

– построить пьезометрическую линию для каналов постоянного и переменного сечений;

– построить напорную линию для канала переменного сечения;

– выявить закономерности изменения напоров от поперечных сечений каналов.

Результат работы представляется в виде таблицы расчетных величин, пьезометрических и напорной линий для каналов постоянного и переменного сечений.

Основные теоретические положения

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

,

где z – высота расположения над координатной плоскостью;

p – давление;

V – 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:

z – геометрический напор (потенциальная энергия положения);

– пьезометрический напор (потенциальная энергия);

– скоростной напор (кинетическая энергия);

– полный напор (полная механическая энергия);

h_тр – потери напора (механической энергии).

Такие энергии измеряются в единицах длины.

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 V и, следовательно, кинетическая энергия уменьшаются, что в силу сохранения баланса вызывает увеличение потенциальной энергии . Другими словами, понижение скорости потока по течению приводит к возрастанию давления, и наоборот.

3 Схема установки и методика измерений

Устройство №4 содержит баки 1 и 2, сообщаемые через опытные каналы переменного 3 и постоянного 4 сечений (рисунок 1). Каналы соединены между собой равномерно расположенными пьезометрами I-V, служащими для измерения пьезометрических напоров в характерных сечениях. Устройство №4 заполнено подкрашенной водой. В одном из баков пре6дусмотрена шкала 5 для измерения уровня воды.

При перевёртывании устройства №4, благодаря постоянству напора истечения Н₀ во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

Работу с устройством №4 выполнить в следующей последовательности:

1) При заполненном водой баке 2 (рисунок 1) перевернуть устройство №4 для получения течения в канале переменного сечения 3.

2) Снять показания пьезометров по нижним частям менисков воды в них.

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