Гидравлика
методические указания
к лабораторным работам
для студентов направления 270800.62 «Строительство»
профили «Водоснабжение и водоотведение»,
«Автомобильные дороги и аэродромы»
всех форм обучения
Тюмень, 2014
УДК: 532
С -
Сидоренко О.В. Гидравлика: методические указания к лабораторным работам для студентов направления 270800.62 «Строительство», профили «Водоснабжение и водоотведение», «Автомобильные дороги и аэродромы» всех форм обучения. - Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2014. – 30 с.
Методические указания разработаны на основании рабочих программ
ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ» дисциплины «Гидравлика» для студентов направления 270800.62 «Строительство», профилей «Водоснабжение и водоотведение», «Автомобильные дороги и аэродромы». Методические указания содержат краткие теоретические сведения, описание экспериментальной установки со сменными модулями, методики проведения лабораторных работ и обработки экспериментальных данных и контрольные вопросы.
Рецензент: Миронов В.В.
Тираж 60 экз.
© ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »
© Сидоренко О.В.
Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 4
1 Описание стенда гидравлического универсального тмж-2. 4
2 Лабораторная работа № 1. 6
3 Лабораторная работа №2. 12
4 Лабораторная работа №3. 14
5 Лабораторная работа №4. 19
6 Лабораторная работа №5. 23
Приложение А.. 26
Приложение Б. 27
Библиографический список. 27
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания к лабораторным работам по гидравлике предназначены для студентов направления 270800 «Строительство», профили «Водоснабжение и водоотведение» и «Автомобильные дороги и аэродромы» всех форм обучения и включают краткие теоретические сведения, описание экспериментальной установки со сменными модулями, методики проведения лабораторных работ и обработки экспериментальных данных.
Лабораторные работы выполняются на гидравлическом стенде ТМЖ–2, разработанном и изготовленном РНПО «Росучприбор» кафедрой «Гидромеханика и гидравлические машины» Московского энергетического института.
В методических указаниях дано описание состава и компоновки стенда гидравлического универсального (ТМЖ-2), а также схемы и краткие описания сменных модулей, позволяющих проводить различные лабораторные работы по основным разделам гидродинамики.
Выполнение лабораторных работ позволяет студентам закрепить полученные знания и способствует развитию у студентов профессиональных компетенций:
ПК-1- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа, теоретического и экспериментального исследования;
ПК-5- владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией.
ОПИСАНИЕ СТЕНДА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УНИВЕРСАЛЬНОГО ТМЖ-2
Стенд гидравлический универсальный ТМЖ-2 предназначен для исследования гидродинамических явлений при движении жидкости в трубопроводах.
Общий вид стенда представлен на рисунке 1.
Стенд состоит из двух секций. В состав нижней секции входят двухтумбовый стол (1) с установленным на нем поддоном (2), двумя кронштейнами для установки исследуемых модулей, ящиком для хранения модулей (3). Внутри нижней секции стенда находятся напорный (4) и питательный (5) баки, насосный агрегат, всасывающая и напорная магистрали, краны для регулирования расхода воды, органы управления электрической частью стенда.
В состав верхней секции входят:
- панель с вертикальными пьезометрами (6) для измерения давления в поперечных сечениях изучаемых модулей. Верхние концы пьезометров соединены общей трубкой (7), а нижние концы соединены штуцерами на внешней панели;
- три ротаметра для измерения расхода жидкости, протекающей через модули (8);
- кран для регулирования расхода жидкости, протекающей через модуль (9);
- напорный трубопровод с диафрагмой для измерения больших расходов. Перепад давления на диафрагме измеряется с помощью двух пьезометров, установленных на вертикальной панели;
- планшеты для размещения в них справочных материалов.
Гидравлическая схема стенда представлена на рисунке 2. Вода из бака питания (1) с помощью насоса (2) закачивается в напорный бак (3) через параллельно соединенные ротаметры (4) и напорную магистраль (5).
Рисунок 1 – Общий вид стенда гидравлического универсального ТМЖ-2
Рисунок 2 – Гидравлическая схема стенда ТМЖ-2
Исследуемые модули (7) устанавливаются и закрепляются на двух кронштейнах в нижней секции. С одной стороны модуль соединяется с напорным баком, а с другой стороны соединяется с краном (8), с помощью которого изменяется режим течения, кран (9) служит для слива и наполнения воды в бак-питателя. Кран (10) служит для выпуска воздуха из напорного бака.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ
Цель работы:
1. Построить пьезометрическую линию для участка трубопровода по экспериментальным данным.
2. Проанализировать характер этой линии с точки зрения преобразования в потоке жидкости потенциальной и кинетической энергий, а также полной удельной энергии.
Общие сведения
Движущийся поток жидкости в любом сечении обладает определенной энергией. Уравнение Бернулли представляет собой уравнение баланса механической энергии с учетом её потерь на участке потока между двумя сечениями и имеет вид
| (1) |
Каждое слагаемое в уравнение Бернулли может быть интерпретировано с геометрической и энергетической точки зрения. Так, 
- геометрическая высота (превышение любой точки сечения над плоскостью сравнения) или удельная потенциальная энергия положения; 
- пьезометрическая высота или удельная потенциальная энергия давления; 
- высота скоростного напора или удельная кинетическая энергия.
Сумма трёх слагаемых уравнения Бернулли
| (2) |
называется полной удельной энергией (или гидродинамическим напором).
При движении вязкой (реальной) жидкости полная удельная энергия не может оставаться постоянной и расходуется на преодоление сопротивлений. Величина hп в уравнении (1) выражает потерю удельной энергии (потерю напора) на участке между рассматриваемыми сечениями.
Линия, возвышающаяся над плоскостью сравнения на величину 
, называется пьезометрической линией (линия Р-Р, рисунок 3), она проходит по уровням жидкости в пьезометрах, установленных вдоль потока, и характеризует величину потенциального напора в сечениях.
Линия, расположенная выше пьезометрической на величину 
, называется напорной линией (линия Е-Е, рисунок 3). Напорная линия показывает величину полного напора в каждом сечении.
Рисунок 3 – Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли
Падение напорной линии на единицу длины потока называется гидравлическим уклоном i (т.е. потеря напора на единицу длины). Падение пьезометрической линии на единицу длины потока называется пьезометрическим уклоном I.