Лабораторная работа № 3 Построение линий энергии и потенциальной энергии № 217378

Дисциплина: «Гидравлика»
Лабораторная работа № 3 Построение линий энергии и потенциальной энергии № 217378
Цена 100 руб.

1. Иллюстрация уравнения Бернулли. построение линий энергии и потенциальной энергии
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Закон сохранения энергии в гидравлике выражается уравнением Бернулли. Для струйки невязкой жидкости оно имеет вид

z+p/ρg+u2/2g=const , (1)
где z – нивелирная высота, м;
p – давление, Па;
ρ – плотность, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
u – скорость, м/с.

При движении вязкой жидкости имеют место потери на трение h1-2. Для потока вязкой жидкости уравнение Бернулли имеет вид:

z1+p1/ρg+v12/2g = z2+p2/ρg+v22/2g +h1-2 , (2)
Индексы «1» и «2» указывают на номер сечения, к которому относится величина.
Слагаемые уравнения выражают энергии, приходящиеся на единицу веса (силы тяжести) жидкости, которые в гидравлике принято называть напорами: Нn = z+p/ρg — пьезометрический напор (потенциальная энергия), Hк = v2/2g — скоростной напор (кинетическая энергия), Н = z+p/ρg+v2/2g — полный (гидродинамический) напор (полная механическая энергия жидкости), h1-2 — потери напора (потери механической энергии за счет ее преобразования в тепловую энергию). Такие энергии измеряются в единицах длины, т.к. Дж/Н = м.
Через гидродинамический напор уравнение Бернулли имеет вид:

H1-H2=h1-2 (3)
В формуле (2) V означает среднюю скорость, а коэффициент Кориолиса α учитывает распределение скоростей в живом сечении. Если мы соединим уровни жидкости в пьезометрах (см. рис.2), то получим линию потенциальной энергии, показывающую изменение потенциальной энергии потока относительно плоскости сравнения. Соединив гидродинамические напоры в разных сечениях , получим линию энергии. Энергия h1-2 превращается в тепло и рассеивается в пространстве. Процесс превращения механической энергии в тепловую с последующим рассеиванием в пространстве называется диссипацией. Диссипация – процесс необратимый. Потеря энергии на единицу длины называется гидродинамическим уклоном

i=-dН/dL=-d(z+p/ρg+v2/2g)/dL. (4)

Изменение потенциальной энергии характеризуется пьезометрическим уклоном

I=-d(z+p/ρg)/dL. (5)

Гидравлический уклон всегда положителен и равен тангенсу угла наклона между касательной к линии энергии в рассматриваемом сечении и обратным направлением движения.
В то же время давление вдоль движения может уменьшаться или увеличиваться (при увеличении или уменьшении скорости), вследствие чего пьезометрический уклон может быть и положительным и отрицательным.

1.2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Визуально наблюдать переход энергии из потенциальной в кинетическую и обратно.
Построить линии энергии и потенциальной энергии для трубопровода переменного сечения.

1.3. ОПИСАНИЕ ОПЫТНОГО УСТРОЙСТВА
Устройство содержит баки 1 и 2, сообщаемые через каналы переменного 3 и постоянного 4 сечений (рис. 1). Каналы соединены между собой равномерно расположенными пьезометрами I-V, служащими для измерения пьезометрических напоров в характерных сечениях. Устройство заполнено подкрашенной водой. В одном из баков предусмотрена шкала 5 для измерения уровня воды. При перевертывании устройства благодаря постоянству напора истечения Но во времени, обеспечивается установившееся движение воды в нижнем канале. Другой канал в это время пропускает воздух, вытесняемый жидкостью из нижнего бака в верхний.

Рис.1. Опытное устройство: 1,2 — баки; 3,4 — каналы переменного и постоянного сечения; 5 — уровнемерная шкала; I-V – пьезометры

1.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. При заполненном водой баке 2 (рис.1) перевернуть устройство для получения течения в канале переменного сечения 3.
2. Снять показания пьезометров НП=p/(ρg) по нижним частям менисков воды в них.
3. Измерить время t перемещения уровня в баке на произвольно заданную величину S.
4. По размерам А и В поперечного сечения бака, перемещению уровня S и времени t определить расход Q воды в канале, а затем скоростные (НК) и полные (Н) напоры в сечениях канала по порядку, указанному в таблице 1.
Площади сечений, см2