Методика выполнения лабораторных работ
Методика выполнения лабораторной работы с применением оборудования виртуальной лаборатории по гидравлике сводится к следующему:
1. В соответствии с выполняемой работой в настоящем пособии выбирают описание соответствующей лабораторной работы.
2. Изучают теоретические основы выбранной работы, знакомятся с принципом действия лабораторной установки или стенда, целью и порядком выполнения экспериментов, формой таблицы для записи и обработки полученных результатов, расчетными формулами и контрольными вопросами.
3. Готовят протокол выполняемой работы по следующей форме:
1). Номер и название лабораторной работы. Фамилия, И. О. и No группы студента.
2). Теоретическая часть.
3). Схема экспериментальной установки и ее состав.
4). Цель и порядок выполнения работы.
5). Результаты измерений и вычислений приводятся в табличной форме.
6). Основные расчетные формулы.
7). Вкладыш миллиметровой бумаги с графическим представлением результатов работы.
8). Выводы по работе (заполняются после полного завершения и обработки результатов работы и представляют самостоятельную оценку и анализ проведенного исследования.
9). Краткие письменные ответы на контрольные вопросы.
4. С помощью виртуальной установки произвести измерения необходимых параметров и внести полученные данные в таблицу.
5. Произвести анализ изучаемого явления и построить его гидравлические характеристики.
|
|
|
6. Обработать результаты измерений, построить необходимые диаграммы, характеристики и графики.
7. Сделать выводы по выполненной лабораторной работе и представить отчет к защите преподавателю.
Данное учебное пособие содержит и методические указания к выполнению 6‑ти практических занятий.
Практические занятия, представленные в пособии, предназначены для изучения закона Паскаля и уравнений Д. Бернулли, а также влияния основных гидравлических параметров на гидростатические и гидродинамические процессы. Пособие предназначено для подготовки студентов и изучению дисциплины «Системы гидропневмопривода».
Порядок проведения практических занятий:
На каждом практическом занятии по данному курсу студент должен:
1) ‑ восстановить знания из курса лекций, прочитав и усвоив «Теоретические сведения»;
2) ‑ выполнить задание практического занятия, вычертив схему изучаемого процесса и сделав необходимые расчеты;
3) ‑ ответить на контрольные вопросы;
4) ‑ оформить отчет по практическому занятию в соответствии с принятыми в ЧГУ правилами;
5) ‑ представить отчет преподавателю для его защиты, объяснить ход сделанных расчетов, сделать обоснованные выводы;
|
|
|
6) ‑ ответить на дополнительные контрольные вопросы преподавателя;
7) ‑ получить оценку по данному практическому занятию.
| Лабораторная работа 1. | Измерение гидростатического давления и экспериментальное подтверждение закона Паскаля. |
Цели работы:
1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в 3‑х точках: А, В и С, расположенных на различной глубине под уровнем жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием только силы тяжести;
2. Подтвердить на основании экспериментальных данных закон Паскаля;
3. Построить по данным опыта № 2 в масштабе эпюру манометрического давления по глубине h.
Вводная часть.
Гидростатическим давлением p называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил:
, (1.1)
где ΔP - элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н;
ΔS - элементарная площадка действия, м2.
Из формулы (1.1) видно, что гидростатическое давление p есть предел отношения элементарной гидростатической силы ΔP к элементарной площади ΔS её действия, когда площадь последней стремится к нулю.
|
|
|
За единицу гидростатического давления принято равномерно распределённое давление, создаваемое силой в 1 Н, на площади в 1 м2, т.е.
(один Паскаль).
Гидростатическое давление, отсчитываемое от 0, называют абсолютным (pабс), а отсчитываемое от атмосферного (pатм) – избыточным (pизб). Следовательно,
. (1.2)
Очевидно, что
. (1.3)
Из формулы (1.3) видно, что в зависимости от соотношения между pабс и pизб избыточное давление pизб может быть и положительным, и отрицательным. Положительное избыточное давление называют манометрическим, а отрицательное – вакуумметрическим. Приборы для их измерения называют соответственно манометрами и вакуумметрами.
По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на 2 группы: жидкостные и механические.
Жидкостный манометр (пьезометр) – стеклянная трубка, верхний её конец открыт в атмосферу, а нижний подключен к точке, где измеряют избыточное давление (рис. 1.1, а).
| Рис. 1.1. Схема пьезометра: 1 ‑верхний конец, открытый в атмосферу; 2 ‑уровень, указываемый пьезометром (пьезометрическая высота); 3 ‑стеклянная трубка (пьезометр); 4 ‑шкала; 5 ‑точка подключения пьезометра для измерения давления. |
Механические (пружинные) манометры в технике применяют весьма часто (рис. 1.2).
|
|
|
| Рис. 1.2. Схема механического пружинного манометра: 1 ‑циферблат со шкалой; 2 ‑стрелка; 3 ‑зубчатая рейка; 4 ‑ось стрелки; 5 ‑шестерня привода стрелки; 6 ‑изогнутый упругий резервуар; 7 ‑патрубок подключения манометра к точке измерения давления. |
В гидравлических расчётах величину нормального атмосферного давления считают равной pатм = 98100 Па (760 мм.рт.ст., ≈10 000 мм.вод.ст.).
Сравнительно небольшое давление, в т.ч. атмосферное, обычно измеряют барометром (рис. 1.3).
Манометрическое давление, выраженное через показания манометра
, (1.4)
где ρg = γ - объемный вес жидкости;
h(pИзб) ‑ пьезометрическая высота, т.е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.
| Рис. 1.3. Схема барометра: 1 ‑циферблат со шкалой; 2 ‑стрелка; 3 ‑шток; 4 ‑гофрированный корпус резервуара; 5 ‑опора. |
Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Пружинный манометр показывает давление в точке жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если положения оси вращения стрелки и точки подключения манометра по высоте не совпадают (± y, рис. 1.4), в показание манометра (pм) вводят поправку (±ρgy).
| Рис. 1.4. Установка для экспериментального подтверждения закона Паскаля: 1‑ воздушный компрессор; 2‑ водяной столб (колодец); 3‑ шкала водомерного стекла; 4‑ пружинный манометр; 5‑ трубка подключения ёмкости с жидкостью к манометру. |
Для случаев, изображённых на рис. 1.4,
, (1.5)
где y ‑ превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, м.
В этой лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.
Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления p по глубине h (рис. 1.1) описывается основным уравнением гидростатики, выражающееся следующей линейной функцией:
, (1.6)
где p ‑ гидростатическое давление (Па) в жидкости на глубине h, (функция);
p0 ‑ внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па, (свободный член);
h ‑ глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м, аргумент;
ρg ‑ удельный вес жидкости, Н, (коэффициент).
Из уравнения (1.6) видно, что при p0 = const и ρ = const давление p с изменением величины h изменяется по линейному закону (рис. 1.3).
Уравнение (1.6) – линейное, т.е. его каноническая форма ах + b = 0 показывает, что функция p (давление) с изменением аргумента h (глубины) изменяется по линейному закону с коэффициентом a = ρg (удельный вес жидкости).
Из уравнения (1.6) следует, что внешнее давление p0 в покоящейся жидкости распространяется по всем направлениям равномерно. Это называют законом Паскаля. Справедливость этого закона предстоит проверить на опыте, то есть экспериментально.
Описание установки.
Установка (рис. 1.4) представляет собой толстостенный стальной цилиндр 1, частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой со шкалой 2.
Для изменения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в точке А) и в точках подключения 4: В и С, заглублённых под уровень соответственно на hА, hВ и hС, посредством трубок 5 подключены пружинные манометры 3: MA, MB и MC.
В пространство над свободной поверхностью жидкости можно подавать сжатый воздух от компрессора 6 по трубопроводу. Для сброса избыточного гидростатического давления в цилиндре служит вентиль 7. В крышке цилиндра должен иметься предохранительный клапан, отрегулированный на давление ≈500 кПа, и вентиль 8 сообщения с атмосферой.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 410; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!