3450

Гидравлика Лабораторный практикум

Книга

Физика

В практикуме представлены описания шестнадцати лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика», каждая из которых включает краткую теорию, методические указания по выполнению и контрольные вопросы. Справочный материал вынесен в приложение. Словарь тер...

Русский

2012-11-05

1.25 MB

203 чел.

В практикуме представлены описания шестнадцати лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика», каждая из которых включает краткую теорию, методические указания по выполнению и контрольные вопросы. Справочный материал вынесен в приложение. Словарь терминов состоит из используемых понятий и их определений.

Для студентов, обучающихся по специальности 19060365 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)» и 19050062 «Эксплуатация транспортных средств».


ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение гидравлики студентами автотранспортных специальностей предусматривает проведение определённого количества лабораторных работ. В настоящем сборнике представлены описания лабораторных работ и методические указание для их выполнения.

Целью лабораторного практикума является закрепление студентами материала лекционного курса, развитие навыков самостоятельной работы с приборами при проведении экспериментов, обучение методам определения параметров движущейся жидкости и проведению расчётов, а также умению делать выводы на основании полученных результатов.

На выполнение каждой работы отводится 2 часа. Поскольку при изучении дисциплины часть разделов передана студентам для самостоятельного изучения, то в методических указаниях к каждой работе кратко излагается теоретический материал.

ВВЕДЕНИЕ

Гидравликой называют техническую науку, изучающую механические свойства, законы равновесия и движения жидкостей. Термином «жидкость» охватывают как капельные, практически несжимаемые жидкости, так и газообразные или сжимаемые среды.

В основе теоретического подхода лежит принцип непрерывности Эйлера, согласно которому жидкость рассматривается не как совокупность дискретных её материальных частичек, а как континуум, т.е. сплошная или непрерывная материальная среда, допускающая неограниченную делимость её частиц. Подобный взгляд на строение вещества допустим, если размеры объёмов, в которых рассматривается изучаемое явление, достаточно велики по сравнению с размерами молекул и длиной их свободного пробега.

В гидравлике широко пользуются экспериментальными способами исследования, что позволяет исправлять теоретические выводы, отклоняющиеся от реальных явлений.

Основными разделами практической гидравлики являются: течение по трубам, истечение жидкости из отверстий и через насадки, взаимодействие потока с препятствиями, движение в пористых средах (фильтрация), а также гидравлические машины.


ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Тема 1. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЖИДКОСТИ

Цель работы: освоить методы измерения плотности, теплового расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

Общие сведения

Вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии (жидкой фазе), называют жидкостью. Жидкое агрегатное состояние является промежуточным между твёрдым состоянием, которому присущи сохранение своего объёма, образование поверхности, обладание определённой прочностью на разрыв, и газообразным, при котором вещество принимает форму сосуда, где оно заключено. В то же время жидкость обладает только ей присущим свойством − текучестью, т.е. способностью пластически или вязко деформироваться под действием любых (включая сколь угодно малые) напряжений. Текучесть характеризуется величиной, обратной вязкости.

Основные характеристики жидкости – плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и поверхностное натяжение.

Плотностью однородного вещества называют отношение массы m жидкости к её объему W:

ρ = m/W.

Сжимаемость – свойство жидкости уменьшать объём под действием всестороннего давления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости p, показывающим относительное уменьшение объёма жидкости ΔW/W при повышении давления Δρ на единицу:

βρ = (ΔW/W)/Δρ.

Тепловое расширение – свойство жидкости изменять объём при нагревании – характеризуется, при постоянном давлении, коэффициентом объёмного теплового расширения T, который равен относительному приращению объёма ΔW/W в случае изменения температуры Т на один градус:

βT =(ΔW/W)/ΔT.

Как правило, при нагревании объём жидкости увеличивается.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Её оценивают коэффициентом динамической вязкости , который имеет размерность Па∙с. Он характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению её слоёв.

Наряду с динамической вязкостью в расчётах часто используют коэффициент кинематической вязкости ν, который определяют по формуле

ν = μ/ρ

и измеряют м2/с или стоксами (1 Ст = 1 см2/с).

Коэффициенты динамической и кинематической вязкости определяются родом жидкости, не зависят от скорости течения, существенно уменьшаются с возрастанием температуры.

Поверхностное натяжение – термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз, определяемая работой обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение рассматривают как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения , Дж/м2 = Н/м. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю и направлена внутрь той фазы, в которой силы сцепления больше. Таким образом, поверхностное натяжение является мерой некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз.

Значения плотности, коэффициентов сжимаемости, объёмного теплового расширения, кинематической вязкости и поверхностного натяжения при температуре 20°С приведены в табл. П. 3.1 приложения.

Описание устройства для изучения
физических свойств жидкости

Устройство для изучения физических свойств жидкости содержит 5 приборов, выполненных в одном прозрачном корпусе (рис. 1), на котором указаны параметры, необходимые для обработки опытных данных. Приборы 3–5 начинают действовать после переворачивания на 180о устройства. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех приборах.

Рис. 1. Схема устройства:
1 – термометр; 2 – ареометр; 3 – вискозиметр Стокса;
4 – капиллярный вискозиметр; 5 – сталагмометр

1.1. Определение коэффициента
теплового расширения жидкости

Термометр 1 (рис. 1) имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Изменение температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объёма термометрической жидкости и её уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется на основе мысленного эксперимента. Предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельного значения термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.

Для определения коэффициента теплового расширения необходимо:

1. Подсчитать общее число градусных делений T на шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости

ΔW = πr2l,

где r – радиус капилляра термометра (указан на термометре).

3. С учётом начального (при 0°С) объёма термометрической жидкости W (значение приведено на термометре) найти коэффициент теплового расширения βT = (ΔW/W)/ΔT и сравнить его со справочным значением βT* (табл. П. 3.1). Значения используемых величин занести в табл. 1.

Таблица 1

Результаты наблюдений и расчётов

Вид жидкости

r,
см

W,
см
3

ΔТ,
К

l,
см

ΔW,
см
3

βТ,
К
-1

βТ*,
К
-1

Спирт

1.2. Измерение плотности жидкости ареометром

Ареометр 2 (рис. 1) служит для определения плотности жидкости поплавковым методом. Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части. Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована в значениях плотности.

В ходе работы необходимо выполнить следующие операции:

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нём.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

ρ = 4m/(πd2h),

где m и d – масса и диаметр ареометра (значения приведены на ареометре).

Эта формула получена путём приравнивания силы тяжести ареометра G = mg и выталкивающей (архимедовой) силы FA = ρgW, где объём погружённой части ареометра W = hπd2/4.

3. Сравнить опытное значение плотности r со справочным значением r* (табл. П. 3.1). Значения используемых величин свести в табл. 2.

Таблица 2

Результаты наблюдений и расчётов

Вид жидкости

т,
г

d,
см

h,
см

r,
г/см
3

r*,
г/см
3

Вода

1.3. Определение вязкости вискозиметром Стокса

Вискозиметр Стокса 3 (рис. 1) содержит цилиндрическую ёмкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней.

Порядок выполнения эксперимента:

1. Повернуть устройство в вертикальной плоскости на 180° и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе. Шарик должен падать по оси ёмкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

2. Вычислить опытное значение коэффициента кинематической вязкости жидкости по формуле

ν = [gd2t(ρш/ρ – 1)] / = [t (18 + 43,2d / D].

где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; r, rш – плотности жидкости и материала шарика (значения rш и d приведены на вискозиметре).

3. Сравнить опытное значение коэффициента вязкости n c табличным значением n* (табл. П.3.1). Значения используемых величин свести в табл. 3.

Таблица 3

Результаты наблюдений и расчётов

Вид жидкости

r,
кг/м
3

t,
с

l,
м

d,
м

D,
м

rш,
кг/м
3

n,
м
2

n*,
м
2

М–10

0,02

1.4. Измерение вязкости капиллярным
вискоз
иметром

Капиллярный вискозиметр 4 (рис. 1) включает ёмкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из ёмкости через капилляр.

Порядок выполнения эксперимента:

1. Перевернуть устройство в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объёма жидкости между метками из ёмкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

Вычислить значение коэффициента кинематической вязкости по формуле

ν = Mt,

где M – постоянная прибора (приведена на вискозиметре),

и сравнить его со значением из табл. П. 3.1. Результаты измерений и расчётов занести в табл. 4.

Таблица 4

Результаты наблюдений и расчётов

Вид жидкости

М,
м
22

t,
с

n,
м
2

Т,
°С

n*,
м
2

М–10

Примечание. В таблице П. 3.1 приведены значения коэффициента вязкости жидкостей при температуре 20°С. Поэтому опытные значения, полученные при другой температуре, могут существенно отличаться от табличных значений.

1.5. Измерение поверхностного натяжения
сталагмометром

Сталагмометр 5 (рис. 1) служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит ёмкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна её весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении ёмкости с заданным объёмом.

Порядок выполнения эксперимента:

1. Перевернуть устройство и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объёма жидкости, заключённого между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель п.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по формуле

σ = Kρ / n,

где К – постоянная сталагмометра,

и сравнить его со значением s* из табл. П. 3.1. Результаты измерений и расчётов занести в табл. 5.

Таблица 5

Результаты наблюдений и расчётов

Вид жидкости

К,
м
32

r,
кг/м
3

п

s,
Н/м

s*,
Н/м

М–10

Контрольные вопросы

1. Какую величину называют поверхностным натяжением жидкости? В каких единицах она измеряется?

2. Как называют прибор для определения поверхностного натяжения жидкости? Как он устроен?

3. Что называют сжимаемостью и чем она характеризуется?

4. Какие величины необходимо измерить при определении коэффициента кинематической вязкости капиллярным вискозиметром?

5. Что подразумевают под термином «вязкость жидкости»?

6. Какая связь между динамическим и кинематическим коэффициентами вязкости?

7. Что характеризует коэффициент теплового расширения?

8. Как называют прибор для определения плотности жидкости?

9. Какое свойство присуще только жидкости?

10. На чём основан метод определения поверхностного натяжения при помощи сталагмометра?

11. Какой закон положен в основу метода определения плотности жидкости ареометром?

Тема 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: изучить устройства и принцип действия приборов для измерения давления, приобрести навыки измерения гидростатического давления жидкостными приборами.

Общие сведения

Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение в неподвижной жидкости, т.е. силу, действующую на единицу площади поверхности. За единицу измерения давления в международной системе единиц принят паскаль (Па = Н/м2).

Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое и вакуумметрическое давления.

Абсолютное (полное) давление р отсчитывается от абсолютного вакуума. Атмосферное давление ра создается силой тяжести воздуха атмосферы. Его значение зависит от высоты места измерения, температуры воздуха (времени года, суток). На уровне моря при температуре 0оС принимается равным 101325 Па или 760 мм рт. ст. Положительную разность между абсолютным давлением и атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением, а отрицательную – вакуумметрическим давлением:

Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами, манометрического – манометрами, разряжения (вакуума) – вакуумметрами.

По принципу действия и типу рабочего элемента приборы бывают жидкостными, механическими и электрическими.

Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:

p = ρgh,

где r – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм рт. ст., м вод. ст.). Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.

В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубки, мембраны, сильфона), которая с помощью специальных механизмов передаётся на указатель. В манометре Бурдона используется отклонение трубки овального поперечного сечения под действием давления для перемещения указателя (стрелки) относительно шкалы. Быстродействие его низкое и составляет порядка 1 секунды. Более того, расстояние между точкой измерения и местом расположения манометра лимитируется длиной капиллярной трубки, связывающей эту точку с измерительным устройством. Несмотря на эти недостатки, в инженерной практике манометры Бурдона широко используются благодаря простоте конструкции, низкой стоимости и широкому диапазону измеряемых давлений. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений. Недостатком механических приборов является инерционность, что не позволяет использовать их для измерения мгновенного значения давления в быстропротекающих процессах.

В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется показывающим или пишущим прибором (вольтметром, амперметром, самописцем, осциллографом). В последнем случае можно фиксировать давление при быстро протекающих процессах.

Описание жидкостных приборов

Ртутный барометр состоит из вертикальной стеклянной трубки с миллиметровой шкалой и закрытым верхним концом, которая заполнена ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом. Таким прибором впервые было измерено атмосферное давление итальянским учёным Э. Торричелли в 1642 г.

Для демонстрации жидкостных приборов для измерения давления служит устройство, которое представлено на рис. 2. Оно имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой (рис. 2, а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4 и 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

Рис. 2. Схема устройства:
1 – полость с атмосферным давлением; 2 – опытный резервуар;
3 – пьезометр; 4 – уровнемер; 5 – мановакуумметр; 6 – пьезометр;
7 – вакуумметр

Однотрубный манометр − пьезометр 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним – с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление pи = ρghп на дне резервуара.

Уровнемер 4 соединён обоими концами с резервуаром и служит для измерения уровня жидкости Н в нем.

Мановакуумметр 5 представляет собой U-образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключён к резервуару 2, а правым – к полости 1 и предназначен для определения манометрического pи = ρghM (рис. 2, а) или вакуумметрического pВАК = ρghЕ (рис. 2, б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

Давление в резервуаре можно изменять за счёт переливания части жидкости в другие полости при наклоне устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180о против часовой стрелки (рис. 2, в) канал 4 остаётся уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3 – в вакуумметр (обратный пьезометр) 7, служащий для определения разряжения pВАК = ρghЕ над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

2.1. Измерение гидростатического давления
жидкостными приборами

Абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости определяется по основному уравнению гидростатики

p = p0 + ρgH,

где р0 – абсолютное давление на свободной поверхности жидкости; r – плотность жидкости; H – глубина погружения точки (расстояние по вертикали между точкой и свободной поверхностью).

В работе определяют давление в заданной точке (например, на дне резервуара) через показания различных приборов и затем сравнивают результаты, полученные различными способами.

Порядок выполнения эксперимента:

1. Создать в резервуаре 2 над жидкостью давление выше атмосферного (р0>ра), о чём можно судить по превышению уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и «прямому» перепаду уровней в мановакуумметре 5 (рис. 2, а). Для этого устройство поставить на правую сторону, а затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакуумметра 5 в резервуар.

2. Снять показания пьезометра hп, уровнемера Н и мановакуумметра hм.

3. Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем – через величины, измеренные уровнемером и мановакуумметром, для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя способами и найти относительную погрешность dp.

4. Создать разряжение над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 (р0<ра). При этом уровень жидкости в пьезометре 3 станет ниже, чем в резервуаре, а на мановакуумметре 5 появляется «обратный» перепад hв (рис. 2, б). Для этого поставить устройство на левую сторону, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакуумметра 5. Далее выполнить операции 2 и 3.

5. Перевернуть устройство против часовой стрелки (рис. 2, в) и определить манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 6, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемера 4.

В процессе проведения опытов и обработки экспериментальных данных заполнить табл. 6.

Таблица 6

Результаты наблюдений и расчётов

№ п/п

Наименование величин

Обозначения, формулы

Условия опыта

p0>pa

p0<pa

1

Пьезометрическая высота, м

hп

2

Уровень жидкости в резервуаре, м

H

3

Манометрическая высота, м

hм

4

Вакуумметрическая высота, м

hв

5

Абсолютное давление на дне резервуара по показанию пьезометра, Па

p = pa + ρghп

6

Абсолютное давление в резервуаре над жидкостью, Па

p0 = pa + ρghМ

p0 = pa + ρghЕ

7

Абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и уровнемера, Па

p* = p0 + ρgH

8

Относительная погрешность результатов определения давления на дне резервуара, %

Δp = 100 (pp*)

Примечание. Принять атмосферное давление ра = 101325 Па, плотность воды r = 1000 кг/м3.

2.2. Калибровка приборов для измерения
давления

Цель работы: ознакомить студентов с методикой калибровки приборов для измерения давлений.

Общие сведения

Все приборы для измерения давлений независимо от типа должны быть откалиброваны (поверены). Калибровка – это сложный вид поверки, заключающийся в определении погрешности прибора или поправок к его шкале. В случае, когда требования к точности невысоки, достаточно провести стандартную калибровку по образцовому манометру (манометру с более высоким классом точности). Для более высокой точности изготовитель предусматривает специальные меры (более тщательное изготовление, конструктивные решения и т.п.) и каждый манометр снабжают индивидуальной калибровочной кривой. Поскольку характеристики приборов могут меняться с течением времени, периодически проводят поверку манометров. Для наивысшей точности датчики и показывающие приборы зачастую калибруют непосредственно перед каждым измерением.

Класс точности, который нанесён на шкале прибора, характеризует максимальную относительную погрешность измерения данным прибором.

Обычная процедура калибровки состоит в подаче на манометр заранее известного давления. Для его создания используют гири, с помощью которых изменяют вес поршня, действующего на масло, находящееся в специальном стенде.

Описание экспериментальной установки

Манометр Бурдона, показанный на рис. 3, в качестве чувствительного элемента имеет тонкостенную овальную в поперечном сечении трубку, согнутую в дугу, составляющую примерно 270о. Один конец её жёстко закреплён со стороны подвода давления. Противоположный запаянный конец свободен и имеет возможность перемещаться. При подводе давления трубка стремится распрямиться, что вызывает небольшое перемещение свободного конца. Это движение с помощью промежуточного механизма передается стрелке, которая поворачивается относительно проградуированной шкалы, причем угол поворота пропорционален измеряемому давлению.

Рис. 3. Стенд для поверки манометров:
1 − поверяемый манометр; 2 − трубка Бурдона; 3 − поршень; 4 − гири;
5 − соединительная трубка

Конструкция стенда для статической поверки манометров также приведена на рис. 3. Цилиндрический поршень, имеющий возможность свободно перемещаться в вертикальном направлении в тщательно подогнанном цилиндре, нагружается гирями с известным весом. Пространство под поршнем заполнено маслом, и создаваемое в цилиндре давление через соединительную трубку передаётся в манометр. Создаваемое давление равно отношению веса поршня с установленными на нём грузами к площади поперечного сечения поршня.

Порядок проведения экспериментов

При работе на реальном стенде для поверки манометров выполняют следующие действия:

1. Заполняют цилиндр маслом до уровня сливного отверстия, предварительно вынув поршень из него. Воздух, попавший в трубку, удаляют путём наклона корпуса аппарата и слабого постукивания по нему (небольшое количество воздуха, оставшегося в системе, не повлияет на эксперимент, если его количество не настолько велико, что вызовет опускание поршня на дно цилиндра).

2. Устанавливают поршень в цилиндр.

3. Осуществляют контроль вертикальности цилиндра с помощью уровня, расположенного в верхней части стенда.

4. Последовательно добавляя на поршень гири, считывают показания манометра. Результаты (суммарную нагрузку F = gΣmi и показания поверяемого манометра) заносят в табл. 7. В процессе поверки необходимо пройти весь диапазон измеряемых манометром давлений (рекомендуется выполнить 8–10 измерений).

5. Повторяют опыты в обратной последовательности, уменьшая вес, действующий на поршень. Для исключения залипания поршня в цилиндре рекомендуется его слегка поворачивать при считывании показаний манометра.

6. Строят калибровочный график и график ошибок (рис. 4).

Для выполнения данной работы используют имитационный стенд, на котором выполняется п. 4 описанной последовательности действий.

Истинное давление определяют по формуле

p* =  F / s,

где s – площадь поперечного сечения поршня (на имитационном стенде s = 0,333*10-3 м2).

Абсолютная и относительная погрешности рассчитываются по следующим зависимостям:

Δ = pИp*

δ = |Δ / p*|100%.

Таблица 7

Результаты наблюдений и расчётов

Суммарная нагрузка, включая вес поршня F, Н

Истинное давление p*, кПа

Показания манометра pи

Абсолютная погрешность D, кПа

Относительная погрешность d, %

кг/см2

кПа

Рис. 4. Графическое представление результатов поверки


Обсуждение результатов

Для манометров подобного типа возможны два типа ошибок. Первый связан с возможностью появления гистерезиса из-за трения и люфта, поэтому манометр показывает меньшее значение при увеличении давления по сравнению со значением, полученным при его снижении. (У манометра, для которого получены приведённые на графиках данные, эта ошибка не превышала 1 кПа). Второй тип ошибок − это ошибки, связанные с градуировкой шкалы. Из графика ошибок видно, что ошибка градуировки в незначительной степени монотонно возрастает от нуля до примерно 4 кПа при показании прибора равном 175 кПа. Эта ошибка, составляющая примерно 2,3%, достаточно низкая и допустима для многих инженерных измерений, хотя манометры Бурдона могут обеспечить большую точность.

Контрольные вопросы

1. Какой вид имеет основное уравнение гидростатики?

2. Какое давление называют абсолютным (вакуумметрическим, манометрическим)?

3. Какие единицы измерения давления Вы знаете?

4. Как произвести пересчет значений давления, измеренных в барах (бар), кг/см2, метрах водяного столба, миллиметрах ртутного столба в единицы давления, используемые в системе СИ?

5. Как называют прибор для измерения атмосферного давления (избыточного давления, разряжения)?

6. Какой вид имеет формула для расчёта давления по показаниям жидкостного манометра?

7. Какой недостаток у механических приборов для измерения давления?

8. Какими достоинствами обладают жидкостные манометры?

9. Как следует изменить размер поршня, если возникнет необходимость поверять манометр, рассчитанный на давление 3500 кПа с помощью тех же грузов?

10. На данном стенде не учитывается разность уровней поршня и манометра. Если центр манометра поднять на 200 мм относительно основания поршня, следует ли вводить корректировку и, если да, какова должна быть её величина?

11. Каковы ваши предложения по улучшению приборов для измерения давления?

12. Что характеризует класс точности прибора?

13. Какие типы ошибок характерны для механических манометров?


Тема 3. СИЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВОБОДНОЙ
НЕЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ С ПРЕГРАДОЙ

Цель работы: экспериментальное определение силы взаимодействия свободной струи жидкости с твёрдой преградой.

Основы теории

Для производства энергии широко распространены гидравлические турбины. Этот тип двигателей входит в состав гидромуфт и гидротрансформаторов. В гидротурбинах, часто называемых колёсами Пелтона (в честь американского инженера, выполнившего в конце девятнадцатого века серию исследований по обтеканию потоком жидкости рабочих лопаток с целью определения наиболее эффективных их профилей), одна или несколько водяных струй направляются тангенциально на рабочие лопатки, которые закреплены на ободе турбинного колеса (ротора). Взаимодействие воды с лопатками приводит к возникновению крутящего момента на колесе, который вызывает его вращение. Несмотря на простоту принципа работы турбины, они развивают значительную мощность и преобразуют энергию потока жидкости в механическую энергию вращающегося ротора с высокой эффективностью (гидравлический коэффициент полезного действия составляет примерно 95%).

Применим уравнение импульса к взаимодействию струи с симметричной рабочей лопаткой, схематично представленной на рис. 5.

Рис. 5. Схема взаимодействия струи с симметричной лопаткой

Выделим контрольный объём W, ограниченный контрольной поверхностью s, которая охватывает рабочую лопатку. Обозначим массовый расход жидкости в струе rQ. Скорость вдоль координаты x, с которой струя входит в выделенный объём, – V1. Струя отклоняется при столкновении с лопаткой, и вектор скорости V2 потока, покидающего контрольный объём, составляет угол b2 с осью x. Давление на всей поверхности струи, за исключением поверхности соприкосновения с лопаткой, равно атмосферному давлению. Пренебрегая силой тяжести, причину изменения направления струи можно объяснить действием на жидкость сил, возникающих на поверхности лопатки. Если обозначить проекцию результирующей этих сил на ось x как Fj, то уравнение импульсов в проекции на ось x примет вид:

Fj = ρQ(V2cosβ2V1).

Сила F, приложенная к лопатке, равна по величине и противоположна по направлению силе, приложенной к струе, т.е.

F = –Fj = ρQ(V1V2cosβ2).

Для случая взаимодействия струи с плоской пластиной, расположенной перпендикулярно потоку, угол b2 = 90о, cosb2 = 0. Из этого следует, что

F = ρQV1.

В случае полусферической вогнутой поверхности лопатки угол b2 = 180о, а cosb2 = -1, следовательно,

F = ρQ (V1 + V2).

Пренебрегая потерей скорости из-за трения о поверхность лопатки и разностью высот между входом и выходом струи из контрольного объёма, получим V2 = V1, поэтому

F = 2ρQV1,

и это значение является максимально возможной силой, действующей на полусферическую поверхность.

Для асимметричных преград зависимость силы от изменения количества движения струи имеет вид

F = ρQV1(1 – cosβ2),

где r – плотность жидкости; Q – объёмный расход жидкости; V1 – скорость струи.

Отношение действительного усилия Fд, действующего на преграду (в случае турбины преградой является рабочая лопатка) к теоретическому усилию F называют коэффициентом полезного действия лопатки

η = Fд / F

который всегда меньше 1 из-за потерь энергии при движении реальной жидкости.

Описание экспериментальной установки

Модуль М8 «Струя − преграда» (рис. 6) устанавливается в поддоне на столе и подсоединяется к входному вентилю В9 гидравлического стенда.

Рис. 6. Модуль M8 «Струя-преграда»

Модуль М8 представляет собой параллелепипед 1, выполненный из прозрачного оргстекла. На левой стенке модуля установлено сопло 2, вход которого гибким шлангом 3 с помощью накидной гайки соединяется с вентилем В9. Внутри модуля напротив сопла на стойке смонтированы в виде крестовины две упругие пластины. Ось крестовины 4 через заднюю стенку подведена к рукоятке 5. На крестовине закреплены три приёмника силы давления: плоский 6, выпуклый 7 и вогнутый 8 (их геометрические размеры приведены на рис. 7), четвёртый конец – свободный. К крестовине подведён рычаг, выведенный через верхнюю крышку 10 наружу. На верхней поверхности модуля устанавливается стойка 12 с индикатором 13 часового типа ИЧ10, измерительный наконечник которого подведен к рычагу крестовины. Слив воды из модуля производится через сильфон с гибким шлангом 11.

Рис. 7. Геометрические параметры приёмников силы давления

Порядок измерений

Перед началом работы необходимо произвести градуировку упругих пластин, т.е. снять зависимость величины прогиба пластины от силы, действующей на каждый из приемников силы давления.

Для выполнения работы необходимо:

1. Установить модуль на стол гидравлического стенда (рис. П.1 прил.) и подключить его к вентилю В9.

2. Вращая рукоятку 5 (рис. 6), установить испытуемый приёмник против сопла.

3. Установить на верхней крышке модуля стойку с индикатором ИЧ 10 (поз. 13 на рис. 1.6).

4. Подвести измерительный наконечник индикатора к рычагу с натягом, выставить «0».

5. Включить насос H1 выключателем, расположенным на панели управления гидравлическим стендом.

6. Установить минимальный расход с помощью вентилей В2, В1 и измерить его ротаметрами РТ1 и РТ2 (рис. П.2 прил.). Результаты измерений занести в табл. 8.

7. Записать в таблицу показание y индикатора ИЧ 10.

8. Используя результаты градуировки упругих пластин (FД f(y)), определить действительное усилие, воспринимаемое приёмником (преградой).

9. Рассчитать для соответствующего приёмника теоретическую силу взаимодействия со струёй и кпд.

10. Увеличить расход, измерить его и после паузы, необходимой для достижения установившегося режима, зафиксировать новые показания индикатора. Повторить пункт 8. Результаты записать в таблицу.

Для каждого приёмника произвести 4–5 опытов при различных расходах.

Таблица 8

Результаты измерений и расчётов

Тип приёмника

Параметры

№ опыта

1

2

3

4

5

Плоский

Q103, м3

y, мм

Fд, Н

F, Н

h

Выпуклый

Q103, м3

y, мм

Fд, Н

F, Н

h

Вогнутый

Q103, м3

y, мм

Fд, Н

F, Н

h

Контрольные вопросы

1. Какова цель работы?

2. Как формулируется закон изменения количества движения (импульса)?

3. Где используют эффект взаимодействия свободной струи жидкости с преградой?

4. От чего зависит величина усилия, возникающего на преграде при взаимодействии со струёй жидкости?

5. Что называют коэффициентом полезного действия лопатки?


Тема 4. ДИАГРАММА УРАВНЕНИЯ
БЕРНУЛЛИ

Цель работы: провести визуальное наблюдение изменения составляющих полного напора потока жидкости в трубе переменного поперечного сечения. Приобрести навыки проведения гидравлического эксперимента.

Общие сведения

Работа заключается в экспериментальном построении энергетических графиков (пьезометрической и энергетической линий) одномерного потока жидкости. Такие графики, построенные по экспериментальным данным, полученным на трубе типа Вентури (сужение – расширение), наглядно иллюстрируют перераспределение в потоке потенциальной или кинетической энергии, а также потери напора (полной удельной энергии).

Уравнение Даниила Бернулли, полученное им в 1738 году, представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения энергии, записанного для потока жидкости, и является фундаментальным законом механики. Оно устанавливает количественную связь между скоростью потока жидкости, давлением в нём и пространственным положением потока в поле сил тяжести.

Для произвольно выбранного сечения элементарной струйки идеальной жидкости уравнение Д. Бернулли имеет вид

,

где z – геометрическая высота (вертикальная отметка положения) центра сечения струйки; p – давление в данном сечении струйки; V – скорость течения струйки в данном сечении; g – удельный вес жидкости; g – ускорение свободного падения.

Сумма этих трёх слагаемых составляет полный напор струйки. Все три слагаемых могут изменяться, но их сумма (полный напор H) остаётся неизменной. Это справедливо только для идеальной среды (жидкости или газа) вследствие полного отсутствия у неё вязкости.

Все реальные жидкости обладают вязкостью, и поэтому вышеприведённое уравнение Бернулли для них требует корректировки.

Для двух произвольно выбранных сечений 1 и 2 потока реальной жидкости уравнение Бернулли в свёрнутом виде с учётом сил вязкости имеет вид:

H1 = H2 + hпот,

где Н1 и Η2 – полные напоры потока жидкости в сечениях 1 и 2; hпот – суммарные потери напора между сечениями 1 и 2. Эти потери представляют собой необратимые затраты энергии (напора) потока жидкости на перемешивание жидкости, водовороты, завихрения и на преодоление сил вязкости (сил трения). Поэтому всегда напор потока реальной жидкости или газа по ходу течения уменьшается.

В развёрнутой форме уравнение Бернулли для вязкой жидкости имеет вид:

,

где z1 и z2 – геометрические высоты центров сечений 1 и 2, м; p1 и p2 – давления в сечениях 1 и 2, Па; V1ср и V2ср – средние скорости в сечениях 1 и 2, м/с; a1 и a2 – коэффициенты Кориолиса; γ – удельный вес жидкости, Н/м3; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; hпот – потери напора между сечениями 1 и 2, м.

Скоростной напор потока реальной жидкости, вычисленный по средней скорости, отличается от реального скоростного напора потока. Для компенсации этого различия вводят поправочный коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса) a, который вычисляют по формуле

.

Коэффициент Кориолиса представляет собой отношение действительной кинетической энергии потока жидкости к кинетической энергии потока, вычисленной по средней скорости потока. Величина коэффициента Кориолиса зависит от режима течения жидкости: при ламинарном режиме он равен двум, а при развитом турбулентном режиме он изменяется в пределах 1,05–1,02 и для упрощения расчётов его принимают равным единице.

С энергетической точки зрения, составляющие полного напора в уравнениях Бернулли представляют собой:

z – удельную, т.е. отнесённую к единице весового расхода жидкости, потенциальную энергию положения. Её называют геометрическим (нивелирным) напором;

p/γ – удельную, т.е. отнесенную к единице весового расхода жидкости, энергию давления. Её называют пьезометрическим напором;

V2/(2g) – удельную, т.е. отнесенную к единице весового расхода жидкости, кинетическую энергию. Её называют скоростным напором.

Геометрический и пьезометрический напоры в сумме составляют гидростатический напор, т.е.

HCT = z + p / γ.

Составляющие полного напора жидкости в уравнении Бернулли в геометрической интерпретации показаны на рис. 8 в виде отрезков со стрелками. Отрезок с пометкой z показывает высоту расположения центра сечения струйки относительно горизонтальной плоскости отсчёта 0 – 0. Отрезок с пометкой р/g показывает высоту подъёма жидкости в пьезометре, а отрезок с пометкой aV2/(2g) соответствует скоростному напору (высоте) и равен разности показаний трубки Пито и пьезометра. Сумма этих трёх отрезков на диаграмме составляет полный напор Н. Следует обратить внимание на то, что полный напор потока жидкости в сечении 2 Н2 всегда меньше напора в сечении 1 H1 на величину суммарных потерь напора hпот.

Рис. 8. Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли

Если к трубопроводу подключить много пьезометров и трубок Пито и провести по уровням жидкости в пьезометрах непрерывную линию p – p, то получим пьезометрическую линию, или линию пьезометрического напора. Если же соединить непрерывной линией N – N уровни жидкости в трубках Пито, то получим линию полного напора.

Линия полного напора N – N не может пересекать линию пьезометрического напора p – p. В противном случае это означало бы равенство нулю скорости потока в точке пересечения, что невозможно для неразрывного потока жидкости.

Если трубопровод по всей длине имеет постоянный диаметр, то линии p – p и N – N параллельны между собой, так как средняя скорость потока жидкости, а следовательно, и скоростной напор, остаются постоянными по длине трубопровода.

Уравнение Бернулли не соблюдается в следующих случаях:

– при неустановившемся течении жидкости;

– в случае течения с разрывами (нарушения сплошности потока);

– при сильной деформации потока;

– для течений, сопровождаемых фазовыми превращениями.

Порядок выполнения измерений

Работа проводится на гидравлическом стенде (рис. П.1, П.2) с использованием модуля МЗ (рис. 9).

Рис. 9. Модуль Μ 3 «Диаграмма Бернулли»

Для выполнения работы необходимо:

– включить насос H1 на панели управления;

– установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В5.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

– расхода воды Q с помощью ротаметра;

– показаний пьезометров (пьезометрических напоров)

и занести результаты измерений в табл. 9.

Опыты провести при 3–4-х расходах.

Обработка опытных данных

Для каждого поперечного сечения трубы Вентури (i=I…XI), к которому подключены пьезометры, определить и занести в табл. 9 значения:

– диаметров di, используя размеры, приведенные на рис. 9;

– площадей поперечных сечений:

;

– скоростей

Vi = Q / si;

– скоростных напоров

.

Таблица 9

Таблица опытных и расчётных данных

№ п/п

Наименования величин

Обозначения

Сечения трубопровода

I

II

III

IV

V

VI

VII

VII

IX

X

XI

1

Объёмный расход

Q, м3

2

Пьезометрический напор

p/g, м

3

Диаметр сечения

d, мм

4

Площадь сечения

s, м2

5

Средняя скорость

V, м/с

6

Скоростной напор

V2/(2g), м

7

Потери напора

hпот, м

Сформировать на основании полученных данных рисунок (см. пример на рис. 10), на который нанести:

  •  профиль трубы Вентури в масштабе;
  •  пьезометрические напоры для каждого сечения, откладывая их от оси трубы; провести пьезометрическую линию;
  •  линию энергии (линию полного напора), добавив к пьезометрическим напорам в соответствующих точках скоростные напоры;
  •  напорную плоскость (горизонтальную прямую) на уровне ординаты линии энергии первого пьезометра (H0) и обозначить потери напора (энергии) между этим сечением и любым, расположенным ниже по течению.

В каждом сечении определить потери напора по формуле

.

Рис. 10. Пример построения диаграммы Бернулли

Контрольные вопросы

1. Когда линии полного и пьезометрического напоров параллельны?

2. Как связаны между собой давление и скорость потока жидкости?

3. Когда линии полного и пьезометрического напора сближаются?

4. Почему напор потока вязкой жидкости по ходу течения убывает?

5. Что представляет собой коэффициент Кориолиса?

6. Могут ли пересекаться линии полного и пьезометрического напора?

7. Что такое гидравлический уклон?

8. К какому выражению приводится уравнение Бернулли в случае неподвижной жидкости?

Тема 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ
ПРИ ПОМОЩИ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Основы теории

Одним из наиболее распространённых и изученных способов измерения объёмного расхода жидкостей или газов является использование сужающих устройств, перепад давления в которых однозначно зависит от величины расхода. В качестве таких устройств широко применяют стандартные диафрагмы (дроссельные шайбы), сопла (трубы) Вентури. Измерение перепада давления в сужающих устройствах осуществляют с помощью пьезометров (при малых давлениях в трубах, до 30 кПа) или дифференциальных манометров.

Если на некотором горизонтальном участке трубопровода от выбранного сечения 1–1 до сечения 2–2 (рис. 11) происходит изменение площади поперечного сечения от s1 до s2 и имеется некоторое местное сопротивление, то уравнение Бернулли для этого участка имеет вид

,

где p – статическое давление, Па; r – плотность среды, кг/м3; V – скорость движения среды, м/с; ζ – коэффициент местных сопротивлений; индексы 1 и 2 относятся к сечениям потока до и после местного сопротивления.

Рис. 11. Диафрагма

Используя условие неразрывности потока

Q = V1s1 = V2s2,

получим уравнение

,

из которого выразим объёмный расход жидкости:

,

где m – коэффициент расхода. Для идеальной жидкости, в которой отсутствуют силы вязкого трения, он равен единице. В реальной жидкости − всегда меньше единицы.

Таким образом, если на пути движения жидкости поставить гидравлическое сопротивление, на котором появится перепад давлений (p1 p2), то, измерив его значение, можно определить расход среды. При измерении перепада давлений с помощью пьезометров формула для определения объёмного расхода жидкости преобразуется к виду

,

где h1(2) – высота уровня жидкости в соответствующем пьезометре, м.

5.1. Испытания мерной диафрагмы

Цель работы: познакомить студентов с методикой определения коэффициента расхода диафрагмы. Развить навыки в проведении экспериментов и обобщении полученных данных.

Общие сведения

Диафрагма (рис. 11) представляет собой тонкий диск с центральным отверстием и является частным типом сужающих устройств, применяемых для измерения расхода. Основным параметром диафрагмы, характеризующим её в качестве измерительного устройства, является коэффициент расхода m, входящий в основную расчётную зависимость:

,

где s0 – площадь отверстия диафрагмы; p1 и р2 – давления в сечениях, расположенных непосредственно перед диафрагмой и за ней; Dh − разность показаний пьезометров, используемых для измерения указанных выше давлений.

Коэффициент расхода m зависит от ряда геометрических параметров (например, от степени сжатия потока диафрагмой, от формы передней кромки её отверстия, от расположения точек отбора давлений и др.), а также от числа Рейнольдса.

Диафрагмы являются широко применяемыми в технике расходомерами и потому многократно испытаны, их параметры и конструкции стандартизованы. Для изготовления стандартных диафрагм разработаны нормали и составлены номограммы, позволяющие определять коэффициенты расхода. Их применяют для диафрагм, установленных в трубах с внутренним диаметром D, превышающим 50 мм. Для трубопроводов меньшего размера диафрагмы необходимо градуировать, т.е. находить зависимость коэффициента расхода от критерия Рейнольдса или расхода жидкости.

Диафрагму устанавливают на прямолинейном участке трубопровода так, чтобы длина этого участка до нее составляла не менее десяти диаметров, а за ней – более пяти.

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П.1, П.2) с использованием модуля М6 (рис. 12).

Рис. 12. Рабочий участок с диафрагмой (модуль М6)

Для выполнения работы необходимо:

– включить насос H1 на панели управления;

– установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля ВЗ.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и, при отсутствии в потоке пузырьков воздуха, измерить:

– расход воды Q с помощью ротаметра Р1 (Р2);

– показания пьезометров, расположенных непосредственно перед диафрагмой (h3) и за ней (h4).

Результаты измерений занести в табл. 10.

Повторить, прикрывая вентиль В1 (В2), измерения при других расходах не менее 8 раз для выявления зависимости коэффициента расхода от числа Рейнольдса.

После завершения всех измерений выключить насос. Дождаться опорожнения рабочего участка и трубопроводов установки от жидкости. Закрыть вентиль В1 (В2) и открыть вентиль В3.

Рассчитать для каждого режима:

– коэффициент расхода диафрагмы m по формуле:

,

где s0 – площадь отверстия диафрагмы (диаметр, необходимый для её определения, приведён на рис. 12);

  •  среднюю скорость движения жидкости по трубопроводу

V = Q / sтр,

где sтр – площадь поперечного сечения трубопровода, в котором установлена диафрагма;

  •  число Рейнольдса

Re = Vdтр / v,

где dтр – диаметр трубопровода (приведён на рис. 12); ν − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П.3.2)

Таблица 10

Результаты измерений и расчетов

Q,
м
3

h3,

h4,

V,
м/с

Re

м

Построить график градуировки диафрагмы − зависимость коэффициента расхода диафрагмы от числа Рейнольдса μ = f(Re).

Контрольные вопросы

1. Что называют коэффициентом расхода диафрагмы?

2. Какие способы определения расхода движущейся жидкости вы знаете?

3. Какие требования предъявляют к установке диафрагмы?

4. Какие иные сужающие устройства применяют для измерения расхода жидкостей и газов?

5. На каком принципе основано измерение расхода жидкостей с помощью сужающих устройств?

6. От каких параметров зависит коэффициент расхода?

7. Как изменятся показания пьезометров, если при постоянном расходе изменится плотность жидкости?

5.2. Градуировка сопла Вентури

Цель работы: приобрести практические навыки измерения расхода жидкости с помощью сопла Вентури. Познакомиться с методикой градуировки сопла.

Общие сведения

Сопло Вентури представляет собой сужающее устройство с плавным изменением площади поперечного сечения, благодаря чему установка его в трубопровод приводит к незначительным потерям давления. Продольный разрез и размеры используемого в лабораторной работе сопла показаны на рис. 13.

Рис. 13. Сопло Вентури

Сопло состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и диффузора – расширяющегося участка. Отбор давления осуществляется по каналам, к которым присоединяют пьезометры.

Разность показаний пьезометров, подключённых к отборникам давлений в узком сечении канала и перед ним однозначно зависит от расхода протекающей жидкости:

.

В этом уравнении коэффициент k называют модулем расхода сужающего устройства. Он зависит от степени сужения потока жидкости (соотношения площадей поперечного сечения широкого и узкого участков сопла), от значений коэффициентов Кориолиса a1 и a2, а также от индивидуальных особенностей формы и размеров сужающего устройства. Он равен

В общем случае модуль расхода меняется с изменением расхода протекающей через сопло жидкости, так как коэффициенты Кориолиса (a) и коэффициент местного сопротивления (ζ) зависят от числа Рейнольдса. Однако для узкого диапазона изменения расходов жидкости величину модуля расхода можно принимать (с допустимой погрешностью) постоянной.

Точное значение модуля расхода может быть найдено только экспериментальным путём. Определение этой величины называют градуировкой сужающего устройства.

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на модуле М3 (рис. 13), горизонтально установленном на гидравлическом стенде (рис. П.1, П.2).

Для выполнения работы необходимо:

– включить насос H1 на панели управления;

– установить максимальный (при котором уровень жидкости не выходил бы за пределы шкал пьезометров) расход жидкости с помощью вентиля В1 (В2) и выходного вентиля модуля В5.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и, при отсутствии в потоке пузырьков воздуха, измерить:

– расход воды Q с помощью ротаметра Р1 (Р2);

– показания пьезометров, расположенных непосредственно перед узким сечением (h3) и в самом узком сечении (h4).

Результаты измерений занести в табл. 11.

Повторить, прикрывая вентиль В1 (В2), измерения при других расходах не менее 6 раз.

После окончания измерений выключить насос. Дождаться опорожнения рабочего участка и трубопроводов установки от жидкости. Закрыть вентиль В1 (В2) и открыть вентиль В5.


Таблица 11

Результаты измерений и расчётов


п/п

h3,

h4,

Δh = h3h4,

Q,
м
3

k,
м
2,5

d,
%

м

1

7

Рассчитать для каждого режима:

– модуль расхода сопла Вентури по следующей формуле:

;

– определить среднее значение модуля расхода

,

где n – количество опытов;

  •  вычислить относительное отклонение модуля расхода от среднего значения:

.

Контрольные вопросы

1. Какие виды сужающих устройств применяют для измерения расхода жидкостей и газов?

2. На каком принципе основано измерение расхода жидкостей с помощью сужающих устройств?

3. От каких параметров зависит модуль расхода?

4. Как изменятся показания пьезометров, если при постоянном расходе изменится плотность жидкости?

5. Как изменятся показания пьезометров, если при постоянном расходе увеличить (уменьшить) степень сужения потока жидкости?

6. Почему нельзя использовать сопло Вентури для измерения расхода при обратном направлении потока?

7. Как повысить чувствительность сопла Вентури?

5.3. Испытания дроссельного регулятора расхода

Цель работы: экспериментально определить модуль расхода дроссельного регулятора и зависимость его от угла открытия затвора.

Общие сведения

Дроссельный регулятор расхода (затвор) представляет собой круглый диск, насаженный на ось, ориентированную вдоль диаметра диска и закрепленную в стенках трубы. Диаметр диска равен диаметру трубы. Максимальное открытие затвора соответствует положению плоскости диска, совпадающей с плоскостью осевого сечения трубы (горизонтально), а полное закрытие − положению плоскости диска, нормальной к оси трубы (вертикально). Поворот диска на своей оси осуществляется вращением вручную дисковой рукоятки, насаженной на ось затвора. Диск затвора внутри трубы представляет собой местное сопротивление, в котором потери напора зависят от угла поворота диска по отношению к осевой плоскости трубы.

Для практического использования дроссельного затвора необходимо знать коэффициент расхода и величину перепада давлений на регуляторе для каждого положения диска. Тогда для определения расхода может быть использована общая для сужающих устройств формула:

,

где j  − угол поворота диска затвора; s0(j) − площадь проходного отверстия между диском и поверхностью трубы; m(j) − коэффициент расхода; − перепад напоров на затворе.

Поскольку m и s0 являются функциями одного параметра, то уместно ввести модуль расхода и определять в опытах эту величину для фиксированных значений угла открытия затвора j из зависимости

.

Поскольку коэффициент расхода m зависит ещё и от числа Рейнольдса, то для каждого значения j следует выявить зависимость модуля расхода K от Re.

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа проводится на модуле М7 (рис. 14), горизонтально установленном на гидравлическом стенде (рис. П. 1, П. 2).

Рис. 14. Рабочий участок с дроссельным затвором (модуль М7)

Для проведения работы необходимо:

  •  установить дисковую рукоятку затвора на риску «90», соответствующую его максимальному открытию;
  •  включить насос H1 на панели управления;
  •  установить заданный преподавателем расход жидкости с помощью вентилей В1, Β2 и В5.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и, при отсутствии в потоке пузырьков воздуха, измерить:

  •  расход воды Q с помощью ротаметра Р1 (Р2);
  •  перепад давлений на двух парах пьезометров, соединённых с приёмными отверстиями в створе оси диска затвора. При раздельном измерении показаний этих пьезометров величину Dh определять из соотношения

,

где  () и  () − давления (напоры) на приемных отверстиях, расположенных перед затвором, а  () и  () − давления (напоры) на отверстиях за ним.

Результаты измерений занести в табл. 12.

Повторить измерения при других углах открытия затвора (варьирование угла проводить не менее 4 раз) при неизменном расходе жидкости;

На одном из промежуточных углах открытия затвора выполнить измерения показаний пьезометров при различных значениях расхода жидкости, изменение которого (не менее шести раз) осуществить вентилем В1 (В2).

После окончания измерений выключить насос. Дождаться опорожнения рабочего участка и трубопроводов установки от жидкости. Закрыть вентиль В1 (В2) и открыть вентиль В5.

Таблица 12

Результаты измерений и расчётов

φо

Q,
м
3

K,
м
2

V,
м/с

Re

м

Рассчитать для каждого режима:

– модуль расхода затвора

$

– среднюю скорость движения жидкости по трубопроводу

?

где sтр – площадь поперечного сечения трубопровода, в котором установлен дроссельный регулятор расхода;

  •  число Рейнольдса

,

где dтр – диаметр трубопровода (приведён на рис. 14); ν − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П.3.2);

  •  построить графики зависимости модуля расхода от числа Рейнольдса и от угла открытия затвора. Проверить с помощью графика , соответствует ли зависимость области автомодельности модуля расхода от числа Re.

Контрольные вопросы

1. Для какой цели используют дроссельный затвор?

2. На каком принципе основано регулирование расхода жидкостей с помощью дроссельного регулятора?

3. Как в дроссельном затворе при постоянном расходе регулируют степень сужения потока жидкости?

4. Какую величину называют модулем расхода дроссельного регулятора?

5. От каких параметров зависит модуль расхода дроссельного регулятора?

6. Какие величины необходимо измерить для экспериментального определения модуля расхода?

Тема 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРЕНИЯ

Цель работы: экспериментально определить коэффициент сопротивления трения в цилиндрическом канале. Приобрести навыки проведения гидравлического эксперимента.

Общие сведения

Потери напора на трение представляют собой необратимое убывание энергии потока жидкости или газа, связанное с преодолением сил вязкости. В любом потоке жидкости, ограниченном твёрдыми стенками, скорости в поперечном сечении распределены неравномерно. По оси канала или трубы скорость максимальна, а на стенках она равна нулю. Поэтому смежные частицы жидкости движутся с различными скоростями и под действием сил вязкости возникают касательные напряжения трения, на преодоление которых затрачивается часть энергии (напора) потока жидкости.

На величину потерь напора оказывает влияние режим течения жидкости. При ламинарном режиме течения, когда движение упорядоченное, слоистое, без перемешивания частиц жидкости, потери напора минимальны. При турбулентном режиме течения, который характеризуется интенсивным хаотическим перемешиванием частиц жидкости, затраты энергии значительно больше, так как к затратам на преодоление сил трения добавляются затраты на образование завихрений и перемешивание жидкости. Кроме этого, на величину потерь напора при турбулентном режиме течения существенное влияние оказывает шероховатость стенок, что особенно заметно в трубах малого диаметра.

Потери напора на трение вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха

,

где l – коэффициент сопротивления трения; l, d – длина и диаметр трубопровода, м; V – средняя скорость течения, м/с; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

Из формулы видно, что потери напора на трение прямо пропорциональны длине трубопровода, поэтому их иногда называют линейными. Коэффициент сопротивления трения зависит от вязкости и режима течения жидкости, формы и размеров сечения, а также от величины шероховатости стенок трубы. При ламинарном режиме течения жидкости этот коэффициент может быть определён теоретически, а в прочих случаях его определяют опытным путём.

Ламинарный режим течения жидкости имеет место, если критерий Рейнольдса не превышает граничного значения, равного 2300. Для труб круглого поперечного сечения критерий Рейнольдса вычисляют по формуле

Re = Vd / v,

где V – средняя скорость течения, м/с; d – диаметр трубы, м; n – коэффициент кинематической вязкости, м2/с.

Коэффициент сопротивления трения или коэффициент Дарси, в случае ламинарного режима течения жидкости зависит только от числа Рейнольдса и для любых ньютоновских жидкостей вычисляется по формуле Пуазейля

.

Турбулентный режим течения жидкости в технике имеет преобладающее распространение, а число Рейнольдса в этом случае больше 2300.

Коэффициент Дарси в этом случае имеет более сложную зависимость и его определяют по эмпирическим формулам.

Потери напора на трение при турбулентном режиме зависят как от Re, так и от величины шероховатости стенок каналов. Неровность стенок трубопроводов оценивают величиной относительной шероховатости, равной отношению высоты неровностей Dш к диаметру

.

Различают три области влияния шероховатости на коэффициент потерь на трение:

  •  область гидравлически гладких труб (трубы из стекла и пластмассы, цельнотянутые трубы из цветных металлов, а также стальные высококачественные бесшовные трубы), у которых шероховатость не влияет на их гидравлическое сопротивление. В этой области высота бугорков неровностей Dш не превышает 25% толщины вязкого ламинарного подслоя турбулентного потока. Данная область занимает диапазон . Коэффициент потерь на трение здесь рассчитывают по формуле Блазиуса, если число Рейнольдса находится в пределах 2300 – 105

,

или по формуле П.К. Конакова, если число Рейнольдса находится в пределах 2300 – 106

;

  •  переходная область наблюдается, когда толщина вязкого ламинарного подслоя имеет тот же порядок величины, что и высота бугорков шероховатости. Для этой области, занимающий диапазон , применяют формулу А.Д. Альтшуля

;

  •  квадратичная область, в которой высота бугорков шероховатости больше толщины вязкого ламинарного подслоя, поэтому за ними происходит отрыв потока и интенсивное вихреобразование. Для этой области  и сопротивление течению не зависит от критерия Рейнольдса. Расчет коэффициента потерь на трение ведут по формуле Б.Л. Шифринсона

.

В случае течения жидкости по трубам, форма поперечного сечения которых отличается от круглой, в приведённых выше зависимостях используют эквивалентный диаметр

d3 = 4s / П,

где s – площадь живого сечения канала (сечения, в каждой точке которого направления векторов скорости частиц жидкости перпендикулярны к нему); П – полный смоченный периметр трубы (длина линии контакта живого сечения потока со стенками канала, вдоль которых происходит движение жидкости).

Отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру называют гидравлическим радиусом.

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П.1) с использованием модуля Ml (рис. 15).

Рис. 15. Рабочий участок для определения потери напора по длине
в круглой трубе (модуль М1)

Перепад напоров на исследуемом прямолинейном участке трубы, выполненной из органического стекла, определяют с помощью пьезометров, подключённых к отборникам давления в двух сечениях, расположенных на расстоянии l=500 мм. Разность показаний пьезометров h1 и h2 представляет собой потерю напора, обусловленного трением.

Для измерения расхода Q используют ротаметр Р1 (Р2) (рис. П1).

Для выполнения работы необходимо:

  •  включить насос H1 на панели управления;
  •  установить заданный преподавателем расход с помощью вентиля В1 (В2) и выходного вентиля модуля ВЗ.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

  •  расхода воды по ротаметрам;
  •  показаний пьезометров.

Результаты измерений занести в табл. 13.

Таблица 13

Результаты измерений и расчётов


п/п

Q,
м
3

h1,

h2,

hтр

V,
м/с

Re

Режим течения

Зона сопротивления

λ

м

1

10

Повторить измерения 8–10 раз при других значениях расхода (изменение расхода осуществляют вентилем В3).

По результатам измерений рассчитать и занести в табл. 13 следующие величины:

  •  потерю напора по длине

hтр = h1h2;

  •  среднюю скорость потока в трубопроводе

V = Q/s,

где s − площадь поперечного сечения трубы;

  •  число Рейнольдса

Re = Vd/v,

где n − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П.3.2 для соответствующей температуры);

  •  гидравлический коэффициент трения

;

  •  нанести на график зависимости гидравлического коэффициента трения от числа Рейнольдса (рис. 16) полученные экспериментальные значения.

Рис. 16. Зависимость коэффициента трения от числа Re

Контрольные вопросы

1. С помощью какого уравнения производят расчёт потерь давления, обусловленных трением жидкости о стенки канала?

2. Как определяют коэффициент трения при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости?

3. Какую величину называют эквивалентным диаметром канала?

4. Какой режим называют стационарным?

5. Как определяют границу перехода ламинарного режима в турбулентный режим при течении жидкости в трубах?

6. От каких параметров зависят потери напора на трение в трубе?

7. Что понимают под термином ламинарный подслой?

8. Почему при ламинарном режиме течения шероховатость стенок труб не влияет на величину потерь напора на трение?

9. Какие зоны сопротивления Вы знаете?

10. Почему потери напора на трение при ламинарном режиме течения меньше, чем при турбулентном режиме при прочих равных условиях?

11. Чем объяснить независимость потерь напора на трение от величины числа Рейнольдса в зоне квадратичного сопротивления?

12. Как влияет вязкость жидкости на потери напора?

13. Зависят ли потери напора от формы поперечного сечения трубы?

Тема 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА
МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Цель работы: приобрести навыки экспериментального определения коэффициента местных сопротивлений.

Основы теории

Местные сопротивления представляют собой различного рода устройства и элементы гидравлических систем, в которых происходит деформация потока жидкости. Примерами местных сопротивлений являются задвижки, вентили, краны, отводы, тройники, крестовины и т.п. Преодоление потоком местных сопротивлений сопровождается: а) искривлением линий тока и траекторий движения частиц, б) изменением формы и размеров сечения потока, в) отрывом транзитной струи и образованием водоворотов, г) увеличением степени местной турбулизации потока. Всё это сопровождается затратами энергии (напора) потока жидкости. Поэтому после местного сопротивления полный напор потока жидкости всегда меньше на величину местных потерь.

Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле Вейсбаха

,

где ζ − коэффициент местного сопротивления; r − плотность жидкости, м3/кг; V − средняя скорость потока в характерном сечении, расположенном до или после местного сопротивления (как правило, используют большее значение скорости, подсчитанное по меньшему значению площади поперечного сечения потока), м/с.

Значения коэффициентов местного сопротивления (некоторые из них приведены в табл. П. 3.3) зависят от геометрии элемента, создающего это сопротивление, угла изменения направления движения потока, степени открытия запорных устройств, соотношения расходов в ветвях делителей потока и числа Рейнольдса. Влияние последнего при движении воды и других маловязких жидкостей проявляется лишь в некоторых случаях, характеризующихся постепенным изменением значения или направления скорости потока (например закруглённый поворот, плавный вход), либо малыми размерами проходного сечения.

7.1. Потери напора на внезапном расширении

Цель работы: экспериментально определить потери напора и распределения статических давлений (пьезометрических напоров) вдоль рабочего участка с внезапным расширением трубопровода, определить коэффициент местного сопротивления.

Основы теории

Одним из наиболее часто встречающихся местных сопротивлений является резкое изменение сечения трубы на пути движения жидкости, как это показано на рис. 17. При этом происходит деформация потока, образуется застойная зона, в которой вязкая жидкость участвует в вихревом движении, на поддержание которого затрачивается отбираемая от потока энергия.

Рис. 17. Внезапное расширение потока

Основная формула (получена Бордом), связывающая величину потерь напора с параметрами потока и характерными размерами, имеет вид:

,

где V1 и V2 − средние скорости в сечениях до и после расширения.

Используя уравнение неразрывности, её преобразуют к одной из следующих форм:

или

,

где s1 и s2 − площади нормальных сечений; ζ1вн.р, ζ2вн.р − коэффициенты потерь на внезапном расширении, определённые по скорости V1 или V2 соответственно.

Следует подчеркнуть, что данные формулы получены из теоретической схемы, в которой игнорируются потери на трение, а также предполагается равномерное распределение скоростей в сечениях труб. Поэтому коэффициент ζвн.р оказывается независимым от числа Рейнольдса, а сама формула отражает лишь так называемый квадратичный участок кривой, где в реальных условиях влияние числа Рейнольдса отсутствует.

При определении коэффициента местного сопротивления необходимо иметь в виду, что за местным сопротивлением, где поток претерпевает значительную деформацию, лежит достаточно протяжённый «участок стабилизации», на котором существуют крупные вихри с возвратными течениями. Поэтому экспериментальный коэффициент местного сопротивления должен учитывать полные потери на участке стабилизации, а значит должен явно зависеть от числа Рейнольдса. Совпадение с теоретической формулой Борда можно ожидать только при весьма больших числах Рейнольдса.

Существует, по крайней мере, два подхода к экспериментальному определению коэффициента потерь при внезапном расширении.

Первый состоит в его определении по измерениям давлений и скоростей в двух контрольных сечениях. При таком способе учитываются не только потери на внезапном расширении, но и потери трения на контрольном участке.

Согласно другому подходу, из полной потери напора исключают потери на трение. Для этого по результатам измерений строят линию энергии по длине участка расширения, из которой исключают рассчитанные потери на трение по формуле равномерного движения.

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П.1) с использованием модуля М2 (рис. 18).

Рис. 18. Рабочий участок с внезапным расширением

Для выполнения работы необходимо:

  •  включить насос H1 на панели управления;
  •  установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В4.

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

  •  расхода воды по ротаметрам;
  •  показаний пьезометров.

Результаты измерений занести в табл. 14.

Повторить измерения 3–4 раза при других значениях расхода (изменение расхода осуществляют вентилем В4).

Таблица 14

Результаты измерений


п/п

Q,
м
3

h1,

h2,

h3,

h4,

h5,

h6,

h7,

h8,

h9,

h10,

h11,

h12,

h13,

м

1

4

Рассчитать для всех опытов и занести в табл. 15 следующие величины:

  •  средние скорости потока на участках до и после внезапного расширения

,

где s1(2) − площадь поперечного сечения трубы (индекс 1 соответствует сечению до внезапного расширения, а (2) − после него).

  •  числа Рейнольдса на участках до и после внезапного расширения

,

где n − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П. 3.2 для соответствующей температуры);

  •  гидравлические коэффициенты трения на участках до и после внезапного расширения

  •  потери напора на трение на рабочем участке

,

где l1(2) – длины расчётных участков (рис. 18);

  •  потери напора в местном сопротивлении

;

  •  экспериментальное значение коэффициента местного сопротивления

.

Таблица 15

Результаты расчётов


п/п

V1

V2

Re1

Re2

1

2

hтр

hвн.р

ζ1вн.р

м/с

м

1

4

Определить теоретическое значение коэффициента местного сопротивления и сравнить с экспериментальными данными.

.

Контрольные вопросы

1. Что называют местным сопротивлением?

2. Почему полный напор потока жидкости после местного сопротивления всегда меньше?

3. Объясните причины местных потерь напора.

4. Как влияет вязкость жидкости на величину местных потерь?

5. По какой общей формуле вычисляют местные потери напора?

6. Зависят ли местные потери напора от скорости потока?

7. От чего зависит коэффициент местного сопротивления при внезапном расширении канала?

7.2. Потери напора на внезапном сужении

Цель работы: экспериментально определить потери напора и распределения статических давлений (пьезометрических напоров) вдоль рабочего участка с внезапным сужением трубопровода, определить коэффициент местного сопротивления.

Основы теории

Внезапное сужение трубы является частным видом местного сопротивления.

Местные потери напора при резком сужении состоят из двух частей: из потерь напора на сжатие на участке между сечениями 1–3 и потерь напора на расширение на участке между сечениями 3–2 (рис. 19).

Таким образом, имеем

.

Для расчёта местной потери напора при внезапном сужении используют формулу Вейсбаха, причём в качестве расчётной используют скорость в трубе меньшего сечения:

.

Значение коэффициента местного сопротивления ζвн.с зависит от отношения s2/s1 (табл. П. 3.3).

Рис. 19. Внезапное сжатие потока

Порядок выполнения измерений и обработки результатов

Работа выполняется на гидравлическом стенде (рис. П. 1) с использованием модуля М5 (рис. 20).

Для выполнения работы необходимо:

  •  включить насос H1 на панели управления;
  •  установить заданный преподавателем расход с помощью вентилей В2, В1 и выходного вентиля модуля В4.

Рис. 20. Рабочий участок с внезапным сужением

Наблюдая за столбиками воды в пьезометрических трубках, можно убедиться, что достигнут установившийся режим течения, и произвести измерения:

  •  расхода воды по ротаметрам;
  •  показаний пьезометров.

Результаты измерений занести в табл. 16.

Повторить измерения 3–4 раза при других значениях расхода (изменение расхода осуществляют вентилем В4).

Таблица 16

Результаты измерений


п/п

Q,
м
3

h1,

h2,

h3,

h4,

h5,

h6,

h7,

h8,

h9,

h10,

h11,

м

1

2

3

4

Рассчитать для всех опытов и занести в табл. 17 следующие величины:

  •  средние скорости потока на участках до и после внезапного расширения

,

где s1(2) − площадь поперечного сечения трубы (индекс 1 соответствует сечению до внезапного расширения, а (2) − после него).

  •  числа Рейнольдса на участках до и после внезапного расширения

,

где n − коэффициент кинематической вязкости воды (табл. П. 3.2 для соответствующей температуры);

  •  гидравлические коэффициенты трения на участках до и после внезапного расширения

  •  потери напора на трение на рабочем участке

,

где l1(2) – длины расчётных участков (рис. 18);

  •  потери напора в местном сопротивлении

;

  •  экспериментальное значение коэффициента местного сопротивления

.

Таблица 17

Результаты расчётов


п/п

V1

V2

Re1

Re2

1

2

hтр

hвн.р

ζ1вн.р

м/с

м

1

4

Контрольные вопросы

1. Что называют местными сопротивлениями?

2. Как определяют потери давления в местных сопротивлениях?

3. Как рассчитывают коэффициент местного сопротивления диафрагмы?

4. От каких факторов зависит значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении канала?

5. На какие составляющие раскладывают потери напора при резком сужении канала?

Тема 8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
НАСОСА

Цель работы: снятие напорной характеристики центробежного насоса при постоянной частоте вращения рабочего колеса. Получение навыков проведения энергетических испытаний гидравлических машин.

Основы теории

Энергетические испытания насосов проводят с целью получения характеристик насоса. Характеристиками насоса называют графическое изображение зависимостей напора H, мощности N и коэффициента полезного действия насоса h от его подачи Q при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса n, вязкости и плотности жидкости на входе в насос.

Подачей насоса называют количество жидкости, подаваемой им в единицу времени, м3/с (обычно используют размерность м3/ч).

Напором называют удельную энергию, приобретённую единицей веса жидкости, прошедшей через насос. Напор насоса затрачивается на подъём жидкости до уровня потребителя, на преодоление разности давлений и кинетических энергий потока между значениями на входе во всасывающий трубопровод и значениями на выходе из напорного трубопровода, а также на преодоление сопротивлений движению жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Напор измеряют высотой столба перекачиваемой жидкости. Величину его определяют по выражению

где  − геометрический, пьезометрический и скоростной напоры потока в выходном патрубке насоса (в сечении 2−2, где подключен манометр, рис. 21); − то же во входном патрубке насоса (в сечении 1−1, где подключен вакуумметр).

Правая часть уравнения представляет собой уравнение Бернулли, составленное для сечений 1−1 и 2−2 относительно горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность насоса Nп − это мощность, сообщаемая насосом жидкости, проходящей через него, т.е.

Nп = ρgHQ,

где r − плотность жидкости, м3/кг; g − ускорение свободного падения, м/c2; H − напор, м; Q − подача м3/с.

Рис. 21. Схема насосной установки

Мощность, потребляемая насосом, может быть определена как произведение мощности, потребляемой электродвигателем, на коэффициент полезного действия электродвигателя. Мощность электродвигателя определяют с помощью электроизмерительных приборов (для трёхфазного электродвигателя она равна сумме мощностей, потребляемых каждой из обмоток). Более точные методы определения мощности насоса связаны с измерениями крутящего момента и частоты вращения двигателя.

Коэффициент полезного действия насоса h равен отношению полезной мощности насоса Nп к потребляемой насосом мощности N, т.е.

η = Nп / N.

Характеристики насоса, полученные для определённой частоты вращения вала n, могут быть пересчитаны на любую другую частоту вращения n1 по условиям пропорциональности:

; ; .

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка открытого типа (рис. 21) включает следующие основные элементы: расходный бак 1, соединённый всасывающим трубопроводом через регулирующий вентиль 5 с насосом 3. По напорному трубопроводу вода подаётся в мерный бак 2, проходя через регулирующий вентиль 4. Для измерения разряжения во всасывающем патрубке насоса служит вакуумметр 6, а с помощью манометра 7 измеряют избыточное давление в нагнетательном патрубке насоса. Насос подключён к электрической сети через электроизмерительный комплект К-50, в состав которого входит ваттметр, используемый для измерения мощности, потребляемой электродвигателем насоса.

Порядок выполнения работы

1. Проверить положение уровня воды в расходном баке (уровень воды должен быть выше точки входа жидкости во всасывающий трубопровод). Открыть клапаны 4 и 5.

2. Включить выключателем насос. Для прогрева подшипников и удаления воздуха из насоса и трубопроводов дать поработать установке при полностью открытых клапанах 4 и 5 в течение 10 минут.

3. Измерить ваттметром мощность, потребляемую каждой обмоткой электродвигателя и записать в табл. 18 (переключение фаз осуществляют рукояткой, расположенной на приборе К – 50).

4. Записать показания манометра и вакуумметра в табл. 18.

Таблица 18

Результаты измерений и расчётов


п/п

NA,

NB,

NC,

N

pи,

pвак,

Q,
м
3

V1,

V2,

H,
м

Nп,
Вт

h

Вт

Па

м/с

1

8

5. Измерить объёмным способом (с помощью мерного бака и секундомера) подачу насоса.

6. Установить путём прикрытия регулирующего вентиля 4 другой режим работы насоса. Повторить измерения согласно пунктам 3−5.

7. Повторить пункт 6 шесть раз.

8. Выключить насос.

Обработка экспериментальных данных

Рассчитать мощность, потребляемую электродвигателем насоса

N = NA + NB + NC ,

где NA, NB, NC – мощность, потребляемая обмотками электродвигателя, подключёнными к фазам A, B и C трёхфазной сети.

Вычислить подачу насоса

,

где W − объём мерного бака, м3; t − время его наполнения, с.

Найти значения скоростей потока во входном и выходном патрубках насоса

,

где d1=25 мм, d2=15 мм – диаметры входного и выходного патрубков насоса, соответственно.

Определить по формуле напор насоса

,

где (z1z2) = 0,07 м  − разность уровней расположения выходного и входного патрубков насоса.

Вычислить полезную мощность насоса

.

Рассчитать кпд насоса

.

Построить по полученным результатам характеристики насоса.

.

Контрольные вопросы

1. Что является целью энергетических испытаний насоса?

2. Что называют характеристикой насоса?

3. Какую величину называют напором насоса? В каких единицах его измеряют?

4. Что называют подачей насоса?

5. Как определить полезную мощность насоса?

6. В чём разница между полезной мощностью и мощностью, потребляемой насосом?

7. Как определить кпд насоса?

8. Как пересчитать характеристики насоса, полученные при данной частоте вращения рабочего колеса на другую частоту вращения?


СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др.; под ред. Т.М. Башта. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.

Остренко, С.А. Гидравлические и пневматические системы автотранспортных средств: учеб. пособие для вузов / С.А. Остренко, В.В. Пермяков. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2005. – 284 с.

Шейпак, А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: учеб. пособие для вузов в 2 ч. Ч.1. Основы механики жидкости и газа / А.А. Шейпак.– М.: МГИУ, 2005. – 192 с.


СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Автомодельное течение – течение жидкости, которое остаётся механически подобным самому себе при изменении одного или нескольких параметров, определяющих это течение.

Вязкость – свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу (скольжению) одного слоя относительно другого.

Геометрическая высота z (геометрический напор) – удельная потенциальная энергия положения частицы жидкости.

Гидравлические машины – машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию, либо получают от жидкости часть энергии и передают её рабочему органу для полезного использования.

Гидравлические потери в насосе – потери, обусловленные трением и вихреобразованием при течении жидкости в проточной части насоса.

Гидравлический кпд насоса – отношение действительного напора к теоретическому.

Гидравлический радиус – отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру.

Гидравлический уклон – изменение удельной энергии на единице длины элементарной струйки.

Давление абсолютное – давление, отсчитываемое от абсолютного вакуума.

Давление вакуумметрическое (разряжение) – разность между абсолютным давлением, значение которого ниже атмосферного, и атмосферным давлением.

Давление гидростатическое – давление в неподвижной жидкости.

Давление избыточное (манометрическое) – превышение абсолютного давления над атмосферным (барометрическим) давлением (разность между ними).

Допустимая высота всасывания – максимальная высота расположения всасывающего патрубка насоса относительно свободной поверхности жидкости в расходном резервуаре, превышение которой при монтаже приведёт к кавитации.

Допустимый вакуум – допустимое разряжение во всасывающем патрубке насоса, создаваемое рабочими органами машины, за счёт которого жидкость поступает в насос.

Живое сечение канала – сечение, в каждой точке которого векторы скорости частиц жидкости направлены перпендикулярно к нему.

Жидкость – любое вещество, обладающее свойством текучести.

Идеальная жидкость – воображаемая жидкость, лишённая вязкости и теплопроводности. В ней отсутствует внутреннее трение, она непрерывна и не имеет структуры.

Кавитация – образование в движущейся жидкости полостей (каверн), заполненных паром или газом.

Кавитация в насосе – комплекс механических и электрохимических явлений возникающих в потоке в результате снижения давления ниже давления насыщения жидкости при данной температуре.

Коэффициент быстроходности – безразмерный комплекс, связывающий частоту вращения, подачу и напор лопастных насосов , позволяющий сравнивать их между собой.

Коэффициент кинетической энергии a – учитывает неравномерность распределения скоростей по живому сечению потока. Коэффициент a выражает отношение интегральной, т.е. действительной кинетической энергии весового секундного расхода потока к его средней кинетической энергии, вычисленной по средней скорости в данном сечении.

Коэффициент полезного действия – отношение полезной мощности насоса к потребляемой.

Коэффициент потерь на трение – коэффициент пропорциональности в законе сопротивления, описываемом формулой Дарси-Вейсбаха. Зависит от режима течения, значений критерия Рейнольдса и относительной шероховатости.

Коэффициент расхода – отношение действительного расхода жидкости, протекающей через отверстие, к теоретическому расходу.

Коэффициент сжатия струи – отношение площади струи в узкой её части к площади отверстия.

Коэффициент скорости – отношение скоростей истечения реальной и идеальной жидкостей.

Кривая подобных режимов – геометрическое место точек на характеристике центробежного насоса, режимы работы в которых подобны исходному.

Критерий подобия – безразмерный комплекс, составленный из величин, существенных для данного процесса.

Критерий Рейнольдса − характеризует соотношение сил инерции и внутреннего трения (вязкости) при вынужденном движении среды.

Ламинарное течение – строго упорядоченное, слоистое (без перемешивания) течение жидкости.

Ламинарный подслой – пристенный слой жидкости в турбулентном потоке, движение в котором происходит ламинарно.

Линии тока – линии в области течения, касательные к вектору скорости в каждой точке потока.

Местные сопротивления – элементы трубопроводов, в которых наблюдаются изменения скорости по величине и/или по направлению, что приводит к местным потерям энергии.

Механические потери – потери, вызванные трением нерабочих поверхностей рабочих колёс о жидкость, находящуюся в корпусе насоса, а также механическим трением в подшипниках и уплотнениях.

Механический кпд – отношение внутренней мощности насоса (не учитывающей гидравлические и объёмные потери в нём) к мощности, подведённой к валу насоса.

Мощность насоса – энергия, подводимая к нему от двигателя за единицу времени.

Напор – энергия, сообщаемая единице веса жидкости, проходящей через насос.

Насос – гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя в энергию потока жидкости.

Несжимаемая жидкость – жидкость, плотность которой не меняется.

Ньютоновские жидкости – жидкости, у которых между тензором напряжений, зависящим от вязкости, и тензором скоростей деформаций имеется линейная связь.

Объёмные (щелевые) потери – потери, обусловленные наличием зазоров в насосе, через которые жидкость получает возможность перетекать из области с большим давлением в область с меньшим давлением.

Объёмный кпд насоса – отношение действительной подачи насоса к теоретической.

Относительная шероховатость поверхности трубы – отношение средней высоты неровностей поверхности к диаметру трубы.

Плотность – масса жидкости, заключенная в единице объёма.

Поверхностное натяжение – мера некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз.

Подача – количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени.

Подобие мощностей – отношение мощностей у подобных центробежных насосов пропорционально произведению отношения линейных размеров в пятой степени и кубу отношения частот вращения рабочих колёс .

Подобие напоров – отношение напоров у подобных центробежных насосов пропорционально произведению квадратов соотношений линейных размеров и частот вращения рабочих колёс .

Подобие подач – отношение подач подобных центробежных насосов пропорционально произведению соотношения линейных размеров в третьей степени на соотношение частот вращения рабочих колёс .

Поле насоса – область напорной характеристики, которая включает все точки для обточенных рабочих колёс лопастного насоса, удовлетворяющие требованиям максимальной экономичности.

Полный гидродинамический напор (сумма геометрического, пьезометрического и скоростного напоров) – полная удельная энергия жидкости в поперечном сечении элементарной струйки (согласно уравнению Бернулли, полный гидродинамический напор – величина постоянная).

Полный смоченный периметр трубы – длина линии контакта живого сечения потока со стенками канала, вдоль которых происходит движение жидкости.

Пьезометр – однотрубный жидкостный манометр.

Пьезометрическая высота  (пьезометрический напор, создаваемый давлением р жидкости плотностью r) – удельная потенциальная энергия давления.

Пьезометрический уклон – падение пьезометрической линии на единицу длины элементарной струйки.

Равномерно распределенная зернистая шероховатость – искусственная шероховатость, которая имеет один и тот же размер и форму бугорков.

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объём под действием давления.

Скоростная высота  (скоростной напор) – удельная кинетическая энергия частицы жидкости.

Сплошность жидкости – понятие, которое предполагает непрерывность изменения параметров жидкости и их производных в пространстве и времени.

Статический напор – сумма геометрической высоты, на которую поднимается жидкость в процессе движения, и пьезометрической высоты в конце трубопровода.

Струйка – жидкость, находящаяся в трубке тока.

Текучесть – способность тел сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил.

Трубка тока – поверхность, образованная линиями тока, проходящими через элементарный замкнутый контур, проведённый в движущейся жидкости.

Турбулентное течение – течение, при котором отдельные частицы жидкости движутся по произвольным сложным траекториям, в результате чего струйки перемешиваются и жидкость течёт в виде беспорядочной массы.

Удельный вес – вес жидкости, заключённой в единице объёма (равен произведению плотности жидкости на ускорение свободного падения).

Условия пропорциональности – зависимости вида ; ; , показывающие изменение основных параметров центробежного насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса.

Характеристики насоса – зависимости между основными рабочими параметрами, а именно: между напором и подачей, потребляемой мощностью и подачей, кпд и подачей, допустимым вакуумом и подачей.

Эквивалентная абсолютная шероховатость – реальная шероховатость поверхности трубы, которая оказывает такое же воздействие на поток, что и равномерная зернистая шероховатость в опытах И.И. Никурадзе.

Эквивалентный диаметр – условная величина для труб, форма поперечного сечения которых отличается от круга. Определяется отношением учетверённой площади живого сечения канала к полному смоченному периметру.


Приложения

Приложение 1

П.1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ

П.1.1. Основные правила работы в лаборатории

На первом занятии каждый студент знакомится с правилами техники безопасности при работе в лаборатории гидравлики и даёт своё согласие об их соблюдении, что подтверждает росписью в соответствующем журнале.

Включение лабораторных стендов разрешается только в присутствии обслуживающего персонала или преподавателя после проверки готовности студента к работе.

При выполнении лабораторных работ следует соблюдать инструкции по эксплуатации измерительных приборов и оборудования.

П.1.2. Порядок выполнения лабораторных работ

Преподаватель в соответствии с календарным планом прохождения курса составляет график выполнения и защиты лабораторных работ и сообщает его студентам в начале семестра.

Студенту необходимо подготовиться к выполнению лабораторной работы, изучив соответствующий материал по лекциям, учебникам, а также по методическому руководству. При этом студент должен усвоить цель работы, методику выполнения, схему лабораторной установки, а также подготовить журнал наблюдений.

Перед началом работы преподаватель проводит опрос студентов для выяснения уровня их подготовки.

После проведения экспериментов студент подписывает у преподавателя протокол испытаний и расчеты, приводит в порядок свое рабочее место, оформляет и защищает отчет по выполненной работе.

Выполнение и защита работ производится группами, состоящими из 3−4 студентов. Без защиты предыдущей лабораторной работы студент не допускается к выполнению следующей.

П.1.3. Требования к оформлению отчёта

Отчет по лабораторной работе выполняется рукописным или машинописным способом и должен соответствовать требованиям СТО 1.005. – 2007*.

Отчёт состоит из:

– титульного листа;

– цели работы;

– схемы экспериментальной установки и краткого изложения теории;

– журнала наблюдений;

– необходимых расчётов и графиков;

– выводов.

В тексте не допускается:

– применять обороты разговорной речи, техницизмы, профессионализмы;

– применять для одного и того же понятия научно-технические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке;

– применять произвольные словообразования;

– применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, соответствующими государственными стандартами, а также установленными в данном документе;

– сокращать обозначения единиц физических величин, если они употребляются без цифр, за исключением единиц физических величин в головках и боковиках таблиц и в расшифровках буквенных обозначений, входящих в формулы и рисунки.

Результаты экспериментов оформляют в виде таблиц. Таблицу, в зависимости от её размера, помещают под текстом, в котором впервые дана ссылка на неё, или на следующей странице. Слово «Таблица» выравнивается по левому краю таблицы. Название таблицы, при его наличии, должно отражать её содержание, быть точным, кратким. Название таблицы следует помещать над таблицей слева (первая буква прописная, остальные строчные), без абзацного отступа, в одну строку с её номером через тире.

Уравнения и формулы следует выделять из текста в отдельную строку (по центру). Выше и ниже каждой формулы или уравнения должна быть оставлена одна свободная строка. Если уравнение не умещается в одну строку, то оно должно быть перенесено после математического знака, например равенства (=), плюс (+), минус (–) или других, причём знак в начале следующей строки повторяют. При переносе формулы на знаке, символизирующем операцию умножения, применяют знак «».

Пояснение значений символов и числовых коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в которой они даны в формуле. Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с новой строки. Первую строку пояснения начинают со слова «где», без двоеточия после него. После формулы ставится запятая.


Приложение 2

П.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Гидравлический стенд выполнен в напольном исполнении. Внешний его вид представлен на рис. П.1, а схема приведена на рис. П.2.

В состав стенда входят: стол 1, щит пьезометров 2, впускной коллектор 3, ротаметры 4, напорная магистраль 5 со встроенной диафрагмой 6, бак 7 с погружным насосом 8 и мембранным насосом 9, делительная воронка 10, комплект исследуемых модулей М1 – М8.

На поверхности стола 1 закреплены два ротаметра 4 (Р1 и Р2), верхние фланцы которых с помощью трубопроводов подведены к напорной магистрали 5. Нижние фланцы ротаметров 4 через трубопроводную арматуру (вентили В1 и В2) соединены с насосом 8 (H1). Градуировка ротаметров представлена на рис. П.3−П.4.

В напорную магистраль 5 вмонтирована мерная диафрагма 6, контрольные точки которой с помощью гибких трубок соединены с пьезометрическими трубками щита пьезометров 2. Напорная магистраль 9 подведена к коллектору 3.

Щит пьезометров 2 установлен вертикально на задних стойках стола 1. На щите пьезометров 2 расположены панель управления 13, четыре группы пьезометров 14–17, штатив с делительной воронкой 10 и панель для информации 18. На панели управления 13 размещены клавиши включения сети, погружного насоса H1 и мембранного насоса Н2.

Каждая из четырех групп пьезометров 14–17 состоит из прозрачных пьезометрических трубок, верхние концы которых объединены между собой общими коллекторами 19. В коллекторах 19 выведены гибкие сливные трубки с зажимами для выравнивания давлений в пьезометрах.

Нижние концы пьезометрических трубок каждой группы пьезометров соединены с соответствующими штуцерами диафрагмы 6 и штуцерами исследуемых модулей M1–М3 и М5–М7.

Возле каждой пьезометрической трубки расположены измерительные линейки.

Первая группа пьезометров 14 состоит из двух пьезометрических трубок и соединена с диафрагмой 6, вторая группа 15 – из двух пьезометров соединена с модулем М1, третья группа 16 – из двенадцати пьезометров соединяется с модулями М2, Мб и М7, четвёртая группа 17 – из одиннадцати пьезометров соединяется с модулями М3 и М5.

Рис. П.1. Стенд гидравлический: а – вид спереди; б – вид сверху

Рис. П.2. Схема гидравлического стенда

Впускной коллектор 3 может комплектоваться одним, двумя либо тремя модулями из комплекта исследуемых модулей:

  •  модуль М1 – «Потери напора по длине в круглой трубе», представляющий собой круглую трубу, по длине которой расположен ряд отверстий, снабженных штуцерами, для определения давлений в исследуемых сечениях;
  •  модуль М2 – «Потери напора на внезапном расширении», представляющий собой круглую трубу с участком местного сопротивления в виде внезапного расширения, имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых сечениях;
  •  модуль М3 – «Диаграмма Бернулли», представляющий собой круглую трубу с участком «трубы Вентури», имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках;
  •  модуль М5 – «Потери напора на внезапном сужении», представляющий собой круглую трубу с участком местного сопротивления в виде внезапного сужения, имеющую ряд отверстий, снабжённых штуцерами для отбора давлений в исследуемых сечениях;
  •  модуль М6 – «Потери напора на диафрагме», представляющий собой круглую трубу со встроенной диафрагмой, имеющую ряд отверстий, снабжённых штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках;
  •  модуль М7 – «Потери напора на дросселе», представляющий собой круглую трубу с дроссельным регулятором расхода (затвором), имеющую ряд отверстий, снабженных штуцерами для отбора давлений в исследуемых точках.

Впускной коллектор 3 жёстко закреплён на столешнице. В него вмонтированы три вентиля В8–В10, к которым через резьбовые втулки с помощью накидных гаек подсоединяются исследуемые модули.

Вход модуля 20 (М4 – модуль «Режимы течения») жёстко закреплён на столешнице и подведен гибким шлангом к помпе 9 (Н2).

Модуль М4 – «Режимы течения» представляет собой круглую трубу с встроенной на входе капиллярной трубкой для подачи подкрашенной жидкости.

Капиллярная трубка модуля М4 через капельницу 21 с вентилем В7 соединена с делительной воронкой 10, в которую заливается подкрашенная жидкость.

Выходы модулей М1–М7 с помощью накидных гаек через резьбовые втулки соединены с выпускными вентилями В3–В6, к которым подведены сливные шланги. Выпускные вентили В3–В5 закреплены на столешнице и имеют возможность легко демонтироваться для быстрой замены исследуемых модулей.

Модули М1–М7 представляют собой прозрачные трубки, выполненные из оргстекла. На входе и выходе каждого модуля установлены резиновые уплотнительные кольца.

Контрольные точки модулей, установленных в коллектор 3, через штуцера соединены гибкими трубками с соответствующими группами пьезометров 15–17 на щите пьезометров 2.

На поверхности стола 1, под модулями расположен поддон, выполненный из оргстекла.

Рис. П.3. Градуировка ротаметра Р1

Рис. П.4. Градуировка ротаметра Р2


Приложение 3

П.3. СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Таблица П.3.1

Свойства жидкостей

Жидкость

ρ,
кг/м
3

p∙103,
МПа

T ∙103,
К-1

ν ∙106,
м
2

∙103,
Н/м

Вода пресная

998

0,49

0,15

1,01

73

Спирт этиловый

790

0,78

1,10

1,52

23

Масло:

моторное М – 10

900

0,60

0,64

800

25

индустриальное 20

900

0,72

0,73

110

25

трансформаторное

890

0,60

0,70

30

25

АМГ – 10

850

0,76

0,83

20

25

Таблица П.3.2.

Физические свойства воды при атмосферном давлении

t,
oC

r,
кг/м
3

m 106,
Па∙с

n 106,
м
2

s 104,
Н/м

0

999,9

1788

1,789

756,4

10

999,7

1306

1,306

741,6

20

998,2

1004

1,006

726,9

30

995,7

801,5

0,805

712,2

40

992,2

653,3

0,659

696,5

50

988,1

549,4

0,556

676,9


Таблица П.3.3

Значения коэффициентов местных сопротивлений

Наименование сопротивления

Схема

Параметр

Значения

Внезапное сужение

s2/s1

0,01

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

ζвн.с

0,5

0,47

0,45

0,34

0,25

0,15

Сужение потока диафрагмой

s2/s1

0,01

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

ζд

1070

245

51

8,2

2,0

0,41

Дроссельный затвор

φ, о

0

5

10

20

30

40

ζдр.з

0,1

0,24

0,52

1,54

3,91

10,8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29251. КУЛЬТУРА ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ 53.5 KB
  В этом исторически длительном социокультурном процессе развития феодального общества вырабатывался своеобразный тип отношений человека к миру качественно отличающий его как от культуры античного общества так и от последующей культуры Нового времени эпохи буржуазного производства. Именно христианство стало основной осью складывающегося с V века в Западной Европе мира которая влияла на все стороны жизни человека его духовные приоритеты устои общества. Следование этому образцу становилось смыслом жизни каждого человека так как...
29252. Строение культуры 38 KB
  Кагану Человек общество культура являются системными объектами. Культура понимается как система высшего уровня сложности. Изоморфность филогенеза и онтогенеза свидетельствуют о том что культура есть целостновсесторонний способ очеловечивания человека и человеческого рода и отдельного его представителя в процессе обретения им таких качеств которые природе неизвестны и порождаются преобразованием биологической формы бытия в социокультурную. Таким образом первичная форма существования культуры – физическая культура.
29253. Мейнстрим, субкультура и контркультура 34 KB
  Малые культурные миры называют субкультурами. Субкультура это подкультура или культура в культуре. а субкультура отличается лишь однойдвумя чертами.
29254. СУБЪЕКТ и ОБЪЕКТ КУЛЬТУРЫ 27 KB
  Субъект культуры в культурологическом понимании какаялибо социальная общность или конкретный индивид реализующий в практической деятельности культуросозидающее начало потребление и духовное освоение объектов культуры воспроизводство себя как человека определенной исторической эпохи. В культурологическом понимании объект культуры элемент фрагмент бытия культуры являющийся сферой реализации активности и историческим результатом практической деятельности субъекта культуры.
29255. ипология культуры (типы культур) 36 KB
  Типология культур строится на основании нескольких критериев: связь с религией культуры религиозные и светские; региональная принадлежность культуры культуры Востока и Запада средиземноморская латиноамериканская; региональноэтническая особенность русская французская; принадлежность к историческому типу общества культура традиционного индустриального постиндустриального общества; хозяйственный уклад культура охотников и собирателей огородников земледельцев скотоводов индустриальная культура; сфера общества или вид...
29256. Зигмунд Фрейд (1856—1939) 43.5 KB
  Перенося психоанализ на область этнографии истории религии биографий великих деятелей культуры Фрейд и его последователи рассматривают культуру как проекцию индивидуальной психики на общественный экран. Фрейд создал Венское психоаналитическое общество 1908 известность и влияние которого постепенно распространились по Европе и Америке куда Фрейд выезжал для чтения лекций. Важным вкладом Фрейда в культурологию стали его исследования так называемого подсознательного той иррациональной и темной части человеческой психики где...
29257. ФУНКЦИИ КУЛЬТУРЫ 33.5 KB
  совокупность ролей которые выполняет культура по отношению к сообществу людей. Четвертый и последующие уровни функций культуры связаны с дифференциацией культуры на специализированные функциональные сегменты: экономическая культура военная культура культура торговли религиозная культура педагогическая культура и т. системы критериев качества осуществления тех или иных социальных функций культура труда и потребления культура быта культура языка культура научного мышления культура худож.
29258. Йохан Хейзинга (1872-1945) 46 KB
  Игра старше культуры игра предшествует культуре игра творит культуру таков лейтмотив концепции Хейзинги. Свой интерес к человеку играющему Хейзинга обосновывает следующим образом: люди оказались не столь разумными как наивно внушал светлый 18 век в своем почитании Разума. Человек играющий выражает такую же существенную функцию жизнедеятельности как и человек созидающий и должен занять свое место рядом с Homo faber.
29259. Христианский тип культуры 31 KB
  Православие как культурноисторический феномен. В целом несмотря на большое влияние Византии русская культура уже с первых шагов своего развития обнаруживает заметные черты своеобразия это проявилось и двоеверии – причудливом сплаве который образовало греческое православие и славянское язычество и в многоглавии первых русских соборов и в эпосе и в самом строе повседневной жизни оставшемся неизменным у подавляющего большинства населения. Православие хочет быть полным откровением христианства. По своему внутреннему упованию православие...