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

1.3. Порядок выполнения работы

Залить в ванну 3 воду, в сосуд 1 - 200 см3 исследуемой жидкости (индустриальное масло). Довести температуру до заданной величины (в пределах 20-90 0С).

Если температура жидкостей в сосудах 1 и 3 отличается менее чем на 3 0С, вынуть стержень 5 из отверстия, одновременно пустив секундомер. Зафиксировать время опорожнения.

Рис. 2. Схема вискозиметра Энглера:

1 – сосуд;

2 - крючки уровня залива жидкости;

3 - водяная ванна с водой определенной температуры;

4 - трубочка с отверстием, припаянная к сосуду 1;

5 - стержень, закрывающий отверстие трубочки 4; 6 – термометры;

7 - сосуд, в который выпускается жидкость

Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.

Построить график зависимости вязкости от температуры.

Сделать вывод об изменении значений вязкости жидкости с изменением температуры.

Контрольные вопросы

1.Что такое текучесть жидкости и как она связана с вязкостью?

2.Чему равна сила вязкого трения в покоящейся жидкости?

3.Почему скорость истечения жидкости через отверстие зависит от ее вязкости?

4.Зависит ли вязкость в 0Е от площади отверстия вискозиметра Энглера?

5.Как зависит от температуры вязкость газов?

6

Р А Б О Т А № 2

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ ЖИДКОСТНЫМИ ПРИБОРАМИ

Темы для изучения при подготовке к работе:

1.Свойства гидростатического давления.

2.Основное уравнение гидростатики.

3.Приборы для измерения давлений.

2.1.Цель работы

1.Изучение свойств гидростатического давления.

2.Измерение избыточного и вакуумметрического давлений в резервуаре со сжатым и разреженным воздухом с помощью жидкостных манометров и определение абсолютного давления.

3.Определение удельного веса жидкости в спиртовом манометре.

2.2.Краткие теоретические сведения

Гидростатическое давление есть напряжение сжатия в точке покоящейся жидкости. Оно всегда направлено по нормали (т.е. перпендикулярно) к площади действия.

Различают абсолютное давление Рабс., отсчитываемое от нуля (от давления в абсолютной пустоте полного вакуума); избыточное давление Ризб. - разность между абсолютным Рабс. и атмосферным Ра давлениями (когда Рабс.>Ра) и вакуумметрическое давление, или просто вакуум Р - недостаток абсолютного давления до атмосферного, если последнее больше абсолютного. Очевидны следующие взаимосвязи:

Единицы измерения давления: в системе СИ - паскаль (Па=н/м2); в технике используется атмосфера (атм) 1 атм= 1 кГ/см2. Соотношение единиц измерения давления:

1 ат = 10 м.вод.ст.=735 мм рт.ст. = 98070 Па.

Для измерения избыточного и вакуумметрического давлений используют соответственно манометры и вакуумметры: жидкостные (пьезометры, U-образные дифманометры и др.), пружинные или деформационные (трубчатые, мембранные, сильфонные), поршневые, пьезоэлектрические и др.

Атмосферное давление определяют по барометру.

7

Жидкостные приборы, представляющие собой заполненную жидкостью открытую стеклянную трубку различной формы, используются преимущественно в лабораторных исследованиях при измерении давлений, не превышающих 3 атм. Возможность их применения для измерения давлений обусловлена основным уравнением гидростатики несжимаемой жидкости в поле силы тяжести:

где Ро - давление на свободной поверхности жидкости; h - высота столба жидкости, м;

γ - объёмный вес жидкости, кГ/м3.

2.3.Порядок выполнения работы

1.Определить атмосферное давление по барометру.

2.Для измерения избыточного давления необходимо:

a открыть кран 2 (рис. 3), чтобы объём резервуара имел сообщение с атмосферой и с мановакуумметрами;

Рис. 3. Схема лабораторной установки для измерения давления в замкнутом воздушном объёме с помощью жидкостных приборов:

1 - герметичный металлический резервуар;

2- кран, сообщающий или разобщающий сосуд с атмосферным давлением;

3- резиновая трубка, соединяющая

(как сообщающиеся сосуды) резервуар 1 со стеклянной трубкой 4; 5 - шкала жидкостных приборов

aтрубку 4 опустить вниз насколько возможно (при открытом кране 2);

aзакрыть кран 2. В пространстве резервуара имеется объем воздуха с атмосферным давления Ро;

aмедленно передвинуть трубку 4 вверх примерно до половины её возможного хода;

aотметитьуровни жидкости по шкале 5 и занести ихзначениявтабл. 2 (разности уровнейвправомилевомколенахманометров: водяногоhв испиртовогоhс).

3.Для измерения вакуумметрического давления необходимо:

aоткрыть кран 2 и установить трубку 4 вблизи верхнего положения;

aзакрыть кран 2. В объёме резервуара при этом установлено атмосферное давление;

8

aмедленно передвинуть трубку 4 вниз на некоторую величину;

aотметить уровни жидкости по шкале 5 и занести их значения в табл. 2 (разно-

сти уровней hв и hс в коленах водяного и спиртового вакуумметров). По результатам внесённых значений уровней левого и правого колена

U-образной трубки по пп. 2.4 и 3.4 рассчитать разности уровней, избыточное (для сжатия) и вакуумметрическое (для разрежения) давления над уровнем жидкости в цилиндре 1, а также абсолютное давление в каждом опыте. Результаты расчётов занести в табл. 2.

Таблица 2

hб = _________ мм рт.ст. γрт=0,0136 кг/см3: γводы=1000 кг/м3.

Для спиртового прибора, прежде чем рассчитывать давления, необходимо по результатам опытов определить удельный вес жидкости в спиртовом мано-

метре:

γc/γв=hв/hс,

Контрольные вопросы

1.Какзависитвеличинадавлениявточкепокоящейсяжидкостиотнаправления?

2.Чтотакоеманометрическоедавлениеикакегоизмеритьжидкостнымприбором?

3.Что такое поверхности равного давления и как они располагаются в покоящейся жидкости?

4.Какое давление создается при сжатии в герметичном сосуде воздуха с первоначальным атмосферным давлением?

5.Какое давление создается при разрежении в герметичном сосуде воздуха с первоначальным атмосферным давлением?

6.Как можно измерить жидкостным прибором абсолютное давление в точке покоящейся жидкости? Как этот прибор называется и как устроен?

7.Как по положению столбиков жидкости в жидкостном U-образном манометре оценить давление в измеряемой точке?

8.Чем ограничивается наибольшая возможная величина вакуума?

9.Зависит ли точность измерений давления с помощью жидкостных приборов от величины давления?

9

Р А Б О Т А № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОКОЯ ЖИДКОСТИ

Темы для изучения при подготовке к работе:

1.Дифференциальные уравнения равновесия жидкости.

2.Относительный покой жидкости.

3.1.Цель работы

1.Экспериментально установить форму свободной поверхности жидкости

вкруглом цилиндрическом сосуде, вращающемся с постоянной угловой скоростью вокруг собственной оси.

2.Сопоставить результаты опыта с данными теоретического расчета.

3.2.Основные теоретические сведения

Относительным покоем называется покой жидкости относительно стенок сосуда, в котором она находится, при движении этого сосуда относительно земли.

Характерным примером относительного покоя жидкости является случай, когда открытый цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью, вращается вокруг вертикальной оси, совпадающей с его осью, с постоянной угловой частотой ω. Под действием сил трения жидкость постепенно приобретает угловую частоту вращения сосуда и переходит из состояния абсолютного покоя в состояние относительного покоя. В этом состоянии жидкость находится под действием двух массовых сил: силы тяжести и центробежной силы, направленной по радиусу от оси вращения. В этом случае для любой точки жидкости с ординатой z закон распределения давления можно записать в виде

где Р и Р0 - гидростатические давления в точках с ординатой z и на свободной поверхности; z0 - ордината точки свободной поверхности, расположенной на вертикальной оси сосуда; r - расстояние точки по горизонтали от оси вращения; ω - угловая частота вращения.

Поверхности равного давления (поверхности уровня) в рассматриваемом случае представляют собой семейство конгруэнтных параболоидов вращения с вертикальной осью, описываемых уравнением

Полагая для свободной поверхности, где Р=Ра , константу, равную нулю, из (3.2) определяются ординаты точек свободной поверхности:

10