Лабораторная работа по гидравлике

Лабораторная работа №2 Определение силы давления жидкости на плоскую поверхность Параметры установки: Н = 6,5 м — уровень жидкости в баке; а — 0,095 м — ширина (высота) канала: тп = 0,09 м — расстояние трубы от дна бака; od = 0,055 м — расстояние оси крышки от трубы; α = 45о — угол наклона крышки; ткр = 0,29 кг — масса крышки; тпл = 0,125 кг — масса площадки; ρ =1000 кг/м3 — плотность воды; S = 0,01275 м2 — площадь крышки. Определить массу груза при открытии крышки М1 = Мгр + Мпл. Опыт 1. Масса груза т1. Скорость слива υ1. Глубина при открытии крышки (от дна бака) Но = 3,6 м. Величина силы гидростатического давление на крышку в момент её открытия: hc — глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности крышки. Для прямоугольной поверхности: S — площадь смоченного участка поверхности крышки, тогда: Составим уравнение моментов сил, действующих на крышку относительно её оси. Крышка находится в равновесии под действием трёх моментов: — момента вы-зываемого натяжением троса MТ, момента гидростатических сил MF и момента от веса крышки MG т.е.: ΣМ = T · x — F · l1 — G · l2 = 0, где х — расстояние от точки крепления троса на крышке, до её оси: x = (а + оd) / Sin α = (0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,212 м l2 — плечо веса крышки, откладывается вдоль крышки, от шарнира, до точки прило-жения в середине крышки: l2 = (0,5·а + оd) / Sin α = (0,5 · 0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,145 м Момент, создаваемый натяжением троса: Момент, создаваемый весом крышки. Сила тяжести крышки приложена в её центре тяжести: Для определения момента результирующей силы гидростатического давления необходимо знать плечо силы относительно оси крышки l1, а для этого надо опре-делить точку её приложения. В нашем случае, l1 — плечо силы избыточного гидростатического давления можно определить по следующему выражению: где е — эксцентриситет гидростатического давления: S0-0 — статический момент крышки относительно линии уреза: в итоге Сила натяжения троса: Отсюда находим массу первого груза: Построим эпюру гидростатического давления. Для построения эпюры давления находим гидростатическое давление на верхней кромке крышки в точке b и на нижней кромке в точке n: В пространстве эпюра давления будет представлять собой призму, имеющую в основании трапецию. Объем ее: Глубину центра давления устанавливают расчетным путем по уравнению: Опыт 2. Масса груза т2. Скорость слива υ1. Глубина при открытии крышки (от дна бака) Но = 2,5 м. Величиа силы гидростатического давление на крышку в момент её открытия: hc — глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности крышки. Для прямоугольной поверхности: S — площадь смоченного участка поверхности крышки, тогда: Составим уравнение моментов сил, действующих на крышку относительно её оси. Крышка находится в равновесии под действием трёх моментов: — момента вы-зываемого натяжением троса MТ, момента гидростатических сил MF и момента от веса крышки MG т.е.: ΣМ = T · x — F · l1 — G · l2 = 0, где х — расстояние от точки крепления троса на крышке, до её оси: x = (а + оd) / Sin α = (0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,212 м l2 — плечо веса крышки, откладывается вдоль крышки, от шарнира, до точки прило-жения в середине крышки: l2 = (0,5·а + оd) / Sin α = (0,5 · 0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,145 м Момент, создаваемый натяжением троса: Момент, создаваемый весом крышки. Сила тяжести крышки приложена в её центре тяжести: Для определения момента результирующей силы гидростатического давления необходимо знать плечо силы относительно оси крышки l1, а для этого надо опре-делить точку её приложения. В нашем случае, l1 — плечо силы избыточного гидростатического давления можно определить по следующему выражению: где е — эксцентриситет гидростатического давления: S0-0 — статический момент крышки относительно линии уреза: в итоге Сила натяжения троса Отсюда находим массу первого груза: Построим эпюру гидростатического давления. Для построения эпюры давления находим гидростатическое давление на верхней кромке крышки в точке b и на нижней кромке в точке n: В пространстве эпюра давления будет представлять собой призму, имеющую в основании трапецию. Объем ее: Глубину центра давления устанавливают расчетным путем по уравнению Опыт 3. Масса груза т3. Скорость слива υ1. Глубина при открытии крышки (от дна бака) Но = 4,7 м. Величина силы гидростатического давление на крышку в момент её открытия: hc — глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности крышки. Для прямоугольной поверхности S — площадь смоченного участка поверхности крышки, тогда: Составим уравнение моментов сил, действующих на крышку относительно её оси. Крышка находится в равновесии под действием трёх моментов: — момента вы-зываемого натяжением троса MТ, момента гидростатических сил MF и момента от веса крышки MG т.е.: ΣМ = T · x — F · l1 — G · l2 = 0, где х — расстояние от точки крепления троса на крышке, до её оси: x = (а + оd) / Sin α = (0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,212 м l2 — плечо веса крышки, откладывается вдоль крышки, от шарнира, до точки прило-жения в середине крышки: l2 = (0,5·а + оd) / Sin α = (0,5 · 0,095 + 0,055) / Sin 45о = 0,145 Момент, создаваемый натяжением троса: Момент, создаваемый весом крышки. Сила тяжести крышки приложена в её центре тяжести: Для определения момента результирующей силы гидростатического давления необходимо знать плечо силы относительно оси крышки l1, а для этого надо опре-делить точку её приложения. В нашем случае, l1 — плечо силы избыточного гидростатического давления можно определить по следующему выражению: где е — эксцентриситет гидростатического давления: S0-0 — статический момент крышки относительно линии уреза: в итоге Сила натяжения троса: Отсюда находим массу первого груза: Построим эпюру гидростатического давления. Для построения эпюры давления находим гидростатическое давление на верхней кромке крышки в точке b и на нижней кромке в точке n В пространстве эпюра давления будет представлять собой призму, имеющую в основании трапецию. Объем ее: Глубину центра давления устанавливают расчетным путем по уравнению: Лабораторная работа №1 Построение напорной и пьезометрической линий для трубопровода сопротивления Диаметры участков трубопровода: d1 = 26·10-3 м и d2 = 16·10-3 м Скорости течения жидкости в трубопроводах: — в трубопроводе d1 = 0,026 м: — в трубопроводе d2 = 0,016 м: Скоростной напор, в первом трубопроводе: Скоростной напор, во втором трубопроводе: Определим экспериментальные значения коэффициента гидравлического тре-ния: Определим местные потери при внезапном сужении 23: Определить коэффициент сопротивления для внезапного сужения 23: Определим местные потери на повороте 45: Определить коэффициент сопротивления для поворота 45: Определим местные потери на внезапное расширение 67: Определить коэффициент сопротивления для внезапного расширения 67: Определим местные потери на внезапное сужение 89: Определить коэффициент сопротивления для внезапного сужения 89: Выводы Уравнение Бернулли является вариантом закона сохранения энергии для по-тока жидкости. При движении жидкости по сложному каналу мы наблюдаем, как происходит изменение составляющих уравнения Бернулли, т.е., например, при расширении потока, снижается его кинетическая энергия, но увеличивается энергия давления (пьезометрический напор). Реальная жидкость, в отличие от идеальной, обладает вязкостью. Наличие вязкости приводит к появлению сил трения в потоке жидкости. Трение возникает при движении жидкости, как между отдельными её слоями, так и при движении от-носительно стенок. Наличие трения, прежде всего, приводит к потерям энергии движущегося потока (механическая энергия потока переходит в тепловую) и во вторую очередь к изменению скоростей отдельных струек потока (чем ближе струйка к неподвижной стенке, тем меньше её скорость), т.е. скорость потока по се-чению неодинаковая.