Материал: Техническая механика жидкости. метод. указания к выполнению лабораторных работ по гидравлике для студентов, обучающихся по направлениям. Бабкин В.Ф., Дроздов Е.В

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра гидравлики, водоснабжения и водоотведения

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по гидравлике для студентов, обучающихся по направлениям 270800 «Строительство»,

270201 «Автомобильные дороги, мосты и транспортные тоннели», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 130500 «Нефтегазовое дело»

всех форм обучения

Воронеж 2012

УДК 532.1+532.5(072) ББК 30.123я7

Составители В.Ф. Бабкин, Е.В. Дроздов, И.В. Журавлева

Техническая механика жидкости: метод. указания к выполнению лабораторных работ по гидравлике для студ., обучающихся по направлениям 270800 «Строительство», 270201 «Автомобильные дороги, мосты и транспортные тоннели», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 130500 «Нефтегазовое дело» всех форм обучения / Воронежский ГАСУ ; сост.: В.Ф. Бабкин, Е.В. Дроздов, И.В. Журавлева. - Воронеж, 2012. - 32 с.

Дана последовательность проведения лабораторных работ, а также описание применения измерительных приборов и оборудования, постановки гидравлических экспериментов, выполнения гидравлических расчётов и обработки экспериментальных данных.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 270800 «Строительство», 270201 «Автомобильные дороги, мосты и транспортные тоннели», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 130500 «Нефтегазовое дело» всех форм обучения.

Ил. 10. табл. 9. Билиогр.: 5 назв.

УДК 532.1+532.5(072) ББК 30.123я7

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского ГАСУ

Рецензент - М.Я. Панов, д. т. н., проф. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела Воронежского ГАСУ

2

ВВЕДЕНИЕ

Дана последовательность выполнения лабораторных работ по гидравлике на оборудовании, имеющемся в гидравлической лаборатории Воронежского ГАСУ.

Выполнение лабораторных работ способствует лучшему усвоению теоретического курса и пониманию физической сущности гидравлических законов. В ходе проведения лабораторных работ приобретаются навыки в обращении с измерительными приборами и оборудованием, постановке гидравлических экспериментов, в выполнении гидравлических расчетов и обработке экспериментальных данных.

При подготовке к каждой работе студент должен самостоятельно во внеаудиторное время изучить теорию по лекциям и рекомендованной литературе; ознакомиться по методическим указаниям с целью работы, описанием лабораторной установки, порядком выполнения работы, подготовить письменный отчет, содержащий заранее подготовленные пустые бланки расчетных таблиц. Во время лабораторной работы студенты отвечают на контрольные вопросы, обсуждают порядок выполнения работы и затем выполняют ее.

Преподаватель заблаговременно проверяет готовность студента к выполнению предстоящей лабораторной работы.

Студент, неподготовившийся кработе, кеевыполнению недопускается. Результаты экспериментов заносятся в заготовленные заранее бланки, результаты исследований обрабатываются, строятся графики и формули-

руется вывод.

Готовые отчёты по лабораторным работам студент представляет преподавателю для проверки и проходит теоретическое собеседование по каждой работе.

Отчет по лабораторной работе должен быть кратким и ясным и содержать следующие разделы:

1.Цель работы.

2.Основные теоретические сведения и расчётные формулы.

3.Схему установки с описанием принципа работы.

4.Порядок проведения эксперимента и обработки результатов.

5.Расчетные таблицы, графики и вывод.

3

Р А Б О Т А № 1 ИЗМЕРЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ

Тема для изучения при подготовке к работе: 1. Физические свойства жидкостей и газов

1.1. Цель работы

Измерение вязкости вискозиметром Энглера и изучение зависимости вязкости жидкости от температуры.

1.2. Приборы

Вискозиметр Энглера с электрическим подогревом; секундомер, два термометра, мерный стакан ёмкостью 200 см3.

1.3. Краткие теоретические сведения

При очень малых скоростях движение всякой жидкости имеет слоистый характер: частицы, непосредственно прилегающие к стенкам трубы или канала, остаются неподвижными, частицы ближайшего слоя потока медленно скользят по ним. Частицы следующего слоя скользят немного быстрее и так далее до оси трубы или свободной поверхности открытого потока, где наблюдается наибольшая скорость. Ни одна частица не испытывает никаких поперечных смещений, ни одна частица не может покинуть того слоя, в котором она движется (подобный режим движения называется ламинарным).

Опыт показывает, что такое спокойное, упорядоченное движение происходит все же не вполне свободно. Скольжение одного слоя жидкости по другому встречает определенное сопротивление: в жидкости обнаруживается внутреннее трение. Это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее частиц называется вязкостью.

В соответствии с законом вязкого трения Ньютона сила внутреннего трения dT, возникающая между движущимися слоями жидкости (рис. 1), расположенными на бесконечно близком расстоянии dy друг от друга, прямо пропорциональна разности скоростей слоев dV и площади поверхности их соприкосновения dS и обратно пропорциональна расстоянию между слоями dy:

где τ = dT/dS - напряжение трения, µ - количественная мера вязкости, зависящая от рода жидкости и её температуры, называется динамическим коэффициентом вязкости.

4

Рис. 1. Схема, поясняющая понятие вязкость

В системе единиц СИ вязкость измеряется в (н с)/м2, в технической системе - кГ с/м2, в CGS - в пуазах (Пз): 1 Пз = 1 дин с/см2 = 0,1 Па с.

В расчётах принято широко использовать кинематическую вязкость (ν), представляющую собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости (ρ):

ν=µ/ρ. (1.3)

Кинематический коэффициент вязкости измеряется в м2/с, в стоксах (Ст): 1 Ст=1 см2/с =10-4 м2/с и в сантистоксах (сСт): 1 сСт= 0,01 Ст.

Ужидкостей вязкость обусловлена взаимным притяжением молекул. При повышении температуры усиливается молекулярное движение, связь между молекулами ослабевает, вязкость жидкости уменьшается.

Угазов вязкость обусловлена обменом молекулами между слоями. При повышении температуры обмен молекул газов увеличивается, а, следовательно, вязкость газов повышается.

Для измерения вязкости жидкости используются вискозиметры. Наибольшее применение в технической практике России находит вискози-

метр Энглера (ОСТ 6275) (для жидкостей с вязкостью ν<1000 cСт) (рис. 2).

В сосуд 1 наливают исследуемую жидкость (200 см3), подогревают до заданной температуры и затем, вынув стержень 5, выпускают жидкость из сосуда в ёмкость 7. Время опорожнения замечают секундомером.

За вязкость жидкости по Энглеру принимается отношение времени t истечения 200 см3 исследуемой жидкости при данной температуре ко времени истечения такого же объема воды при Т=20 0С (tв=58,3 сек). Эта условная единица вязкости называется градусом Энглера:

t

5