Korkean teknologian insinööri- ja fysiikan tiedekunta
Soveltavan tutkimuksen fysikaalisten menetelmien laitos
M.V. Vyaldin
Ohjeita
hydrauliikan laboratoriotyöpajaan
Kasvatus- ja metodologinen käsikirja
Uljanovski
UDC 532.5 (075.8)
BBk 30,123 i73
Julkaistu Uljanovskin valtionyliopiston korkean teknologian tekniikan ja fysiikan tiedekunnan akateemisen neuvoston päätöksellä
Arvostelijat:
Teknisten tieteiden tohtori, Öljy- ja kaasuliiketoiminnan ja palvelun laitoksen professori P.K. Germanovich
Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden kandidaatti, sovelletun tutkimuksen fysikaalisten menetelmien laitoksen apulaisprofessori Yu.N. Zubkov
Vyaldin M.V.
B 99 Ohjeita hydrauliikan laboratoriotyöpajalle.– Uljanovsk: UlGU, 2014.- 48 s.
Hydrauliikkapajassa toteutetaan 9 laboratoriotyötä, joista kaksi on suunnattu kahden laboratorioosaston "Hydrostatiikka" ja "Hydrodynamiikka" suunnittelun ja toimintaperiaatteen tutkimiseen, loput käsittelevät hydrostaattisen paineen, tuntemattoman tiheyden käytännön määritystä. neste, painevoima astian vaaka- ja pystyseinämiin, hydraulinen vastus putken pituudella ja äkillinen laajeneminen; nestevirtauksen tutkimus Venturi-putkien ulosvirtauksen aikana ja yksiulotteisen nestevirtauksen laminaarisen ja turbulenttisen virtauksen visuaalinen havainnointi.
Menetelmäkäsikirja on tarkoitettu korkean teknologian insinööri-fysiikan tiedekunnan opiskelijoille.
Uljanovskin valtionyliopisto, 2014
Vyaldin M.V., 2014
Johdanto………………………………………………………………………………………4
Mittaukset, mittausvirheet ja kokeellisten tietojen esittäminen…………………………………………………………………………………….4
Laboratoriotyö nro 1
"HYDROSTATICS GS" laboratorioosaston tutkimus ……………………8
Laboratoriotyö nro 2
Hydrostaattisen paineen määritys……………………………………..11
Laboratoriotyö nro 3
Tuntemattoman nesteen tiheyden määrittäminen……………………………………..14
Laboratoriotyö nro 4
Nesteen paineen voiman määrittäminen tasaisiin seiniin………………..17
Laboratoriotyö nro 5
Laboratorioosaston tutkimus ”HYDRODYNAMICS OF GD”…………………21
Laboratoriotyö nro 6
Painehäviön määritys pyöreässä putkessa……………………………………28
Laboratoriotyö nro 7
Äkillisen laajenemisen aiheuttaman painehäviön määritys…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Laboratoriotyö nro 8
Bernoulli-kaavioiden kokeellinen rakentaminen…………………………..39
Laboratoriotyö nro 9
Virtaustilojen tarkkailu ja virtausparametrien määrittäminen…. …….43
Johdanto
Hydrauliikka tieteenä on tiedon käytännön soveltamisen kannalta tärkeimpiä sekä tuotannossa että arjessa, ja nykyaikaisen insinöörin tulee tuntea menetelmät hydraulisten ilmiöiden tutkimiseen ja putkistojen kunnon diagnosointiin. Siksi opiskelijoiden tulee tuntea eri paine-, tiheys-, viskositeetti-, nestevirtausmittareiden rakenne sekä näiden suureiden mittayksiköt sekä SI- ja GHS-mittayksikköjärjestelmissä että ei-systeemisissä yksiköissä. mittauksesta.
Monien tutkittujen määrien laskemiseksi on tärkeää pystyä käyttämään Internetin resursseja etsimään vastaavia taulukkotietoja (esimerkiksi kinemaattinen viskositeetti sekoitetaan monissa tapauksissa dynaamiseen viskositeettiin, koska he eivät tiedä suhteen kaavaa näiden määrien välillä, äläkä siksi kiinnitä huomiota taulukoissa ilmoitettuihin mittayksiköihin ja etuliitteisiin). Hydraulisten mittareiden lukemien ottamiseen liittyy myös joitain vaikeuksia: esimerkiksi rotametrien lukemat annetaan jakoina, ja jotta nämä lukemat muunnetaan SI-järjestelmään, sinun on kyettävä käyttämään kuvaajaa virtausnopeudesta (jakoina) virtauksen funktiona. hinta (litroina/tunti).
Laboratoriotöitä suoritettaessa tulee muistaa, että osa Hydrostatics-osaston liitosputkista on auki ja paineen muutos (yli- ja tyhjiö) tulee suorittaa sujuvasti ja nesteen inertia huomioiden.
Mittaukset, mittausvirheet ja kokeellisen tiedon esittäminen.
Hydrauliikkalaboratoriossa tehdään suoria ja epäsuoria mittauksia. Mittauksella tarkoitetaan mitatun suuren vertailua toiseen mittayksikkönä otettaviin suureen.
Suoraan mittaukseen (esim. lämpötila, paine jne.) käytetään mittauslaitteita (lämpömittari, painemittari), jotka on kalibroitu sopiviin mittayksiköihin.
Epäsuorassa mittauksessa tarvittava suure määritetään muiden suureiden suorien mittausten tuloksista, jotka liittyvät mitattuun suureen tietyllä toiminnallisella suhteella (esim. P = P 0 +ρgh, ρ = m/V, ρ = P /gh).
Mitä tahansa suureita mitattaessa suoritetaan kolme peräkkäistä toimintoa:
laitteiden valinta, testaus ja asennus (tapauksessamme telineet valmistelee työhön teknikko-insinööri);
lukemien tarkkailu ja niiden laskeminen kussakin tilassa;
tarvittavan arvon laskeminen mittaustuloksista ja virheen arviointi.
Mitatun suuren todellista arvoa ei voida määrittää täysin tarkasti. Jokainen mittaus antaa tietyn suuren X arvon, jossa on jokin virhe ∆X, jota kutsutaan absoluuttiseksi virheeksi.
Mittausvirheitä on: systemaattisia, satunnaisia ja virheitä.
Systemaattinen on virhe, joka pysyy vakiona tai muuttuu luonnollisesti, kun suoritetaan toistuvia saman suuren mittauksia. Jokaisessa mittauslaitteessa on yksi tai toinen systemaattinen virhe, jota ei voida poistaa, mutta joka voidaan ottaa huomioon.
Satunnaiset virheet ovat virheitä, joiden syntymistä ei voida estää. Yleensä ne otetaan huomioon toistuvissa mittauksissa ja ne noudattavat tilastolakeja.
Liikkeet ja karkeat virheet ovat liian suuria virheitä, jotka selvästi vääristävät mittaustulosta.
Laboratoriomittausmenetelmällä suoritetaan useita suuren mittauksia ja lasketaan saatujen arvojen aritmeettinen keskiarvo, toisin kuin teknisessä menetelmässä, jossa tutkittavan suuren yksi mittaus on sallittu.
Virheiden lähteitä voivat olla: mittauslaitteet (instrumentaalivirhe), havainnoitsija (lukuvirhe), ympäristö (ympäristövirhe), mittaustekniikka ja tulosten käsittelytekniikka (matemaattinen käsittelyvirhe). Suorien mittausten kokonaisvirhe ∆Х määritetään satunnaisvirheen löytämisen ja systemaattisen virheen arvioinnin jälkeen.
Yksinkertaisimmissa tapauksissa ∆Х (absoluuttinen virhe) määräytyy mittauslaitteiden virheen perusteella. Esimerkiksi painemittarin absoluuttisen virheen oletetaan olevan puolet pienimmän jaon arvosta. Jakoarvo määräytyy instrumenttiasteikon lähimpien digitaalisten arvojen eron suhteesta niiden välisten jakojen lukumäärään.
Epäsuorien mittausten tarkkuuden arvioimiseksi määritä ensin suhteellinen virhe
ε = ∆X/Xavg.,
missä on Xsr. on arvojen aritmeettinen keskiarvo, niin mittaustulosten kirjaaminen tapahtuu seuraavasti:
X = Xsr. ± ∆Х,
ja ∆Х määritetään suhteellisen virheen ε kautta, joka löydetään differentiaatiosäännön mukaan. Taulukossa 1 (katso liite) on kaavat arvojen suhteellisen virheen laskemiseksi yleisimpien funktionaalisten riippuvuuksien mukaan. Tässä on joitain tapauksia arvon Y epäsuorien mittausten suhteellisen virheen laskemiseksi:
Anna funktio lausekkeella Y = A + B ja absoluuttiset mittausvirheet ∆A, ∆B, niin
Y +∆Y = (A ± ∆A) + (B ± ∆B), siis ∆Y = ∆A +∆B, suhteellinen virhe määritetään seuraavasti
∆Y/Y = ∆Y/(A+B) = (∆A +∆B)/(A + B);
Jos Y = A * B, niin ∆Y/Y = ∆A/A + ∆B/B tai ε Y = ε A + ε B.
Jos laskentakaavat sisältävät vakioita, esimerkiksi luku π = 3,14, joitain fysikaalisia vakioita, esim. g = 9,83 m/s 2, taulukkotietoja, niin ne otetaan sellaisella tarkkuudella, että merkitsevien lukujen määrä desimaalien jälkeen pisteessä ne sisälsivät yhden enemmän kuin mitattujen suureiden arvojen merkitseviä lukuja.
Esimerkki absoluuttisen paineen mittauksen suhteellisen virheen laskemisesta. Alkukaava: P = P 0 + ρgh, mikä tarkoittaa, että toiminnallinen riippuvuus on samanlainen kuin Y = A + B, ts.
∆P/P = (∆P 0 +∆(ρgh))/ (P 0 + ρgh), jossa
∆(pgh) lasketaan toisen funktionaalisen suhteen esimerkkiä käyttäen
∆(ρgh)/ρgh = ∆p/p + ∆g/g +∆h/h, mistä
∆(ρgh) = (εp + εh)*ρgh.
Säännöt virheiden laskemiseen ja kokeellisten tietojen esittämiseen. Koska määritetyn fyysisen suuren tarkkuus määräytyy mittaamalla eikä laskennalla, mittaustuloksen numeerinen arvo pyöristetään samaa suuruusluokkaa olevaan numeroon kuin virhearvo.
Kokonaislukujen ylimääräiset numerot korvataan nollalla, ja desimaalimurtoluvut hylätään. Esimerkki: (103221 ± 245) Pa – ennen pyöristystä;
(103220 ± 250) Pa – pyöristyksen jälkeen nestepainetta laskettaessa.
Jos nollalla korvatut tai hylätyt numerot ovat pienempiä kuin 5, loput numerot eivät muutu. Ja jos tämä numero on suurempi kuin 5. Sitten jäljellä olevia numeroita kasvatetaan yhdellä. Esimerkki: (846,45 ± 0,13) kg/m 3 – ennen pyöristystä; (846,5 ± 0,1) kg/m 3 – pyöristyksen jälkeen laskettaessa tuntemattoman nesteen tiheyttä.
Jos nollalla korvattava tai hylättävä numero on 5 (seuraavien nollien kanssa), pyöristys suoritetaan seuraavasti: pyöristetyn luvun viimeinen numero pysyy muuttumattomana. Jos se on parillinen, ja kasvaa yhdellä, jos se on pariton. Esimerkki: (184, 256 ± 0,127)N – ennen pyöristystä; (184,26 ± 0,13)N tai
(184,3 ± 0,1) - pyöristyksen jälkeen laskettaessa nesteen paineen voimaa tasaisissa vaaka- ja pystyseinissä.
Lopullista mittaustulosta esitettäessä on kätevä kirjoittaa numeerinen arvo desimaalilukuna kerrottuna vaaditulla 10:n potenssilla. Esimerkiksi ilmakehän painearvoa kirjoitettaessa: 101 239 Pa = 101,239 * 10 3 Pa = 101,24 kPa.
Useimmissa tapauksissa hydraulisten ilmiöiden kokeellisessa tutkimuksessa on suositeltavaa esittää saadut riippuvuudet graafin muodossa. Vertaamalla teoreettista käyrää kokeelliseen käyrään määritetään, ovatko kokeelliset tulokset yhdenmukaisia odotetun arvon kanssa. Joissakin tapauksissa on ehdotettu, että graafin kokeellinen osa asetetaan teoreettisen käyrän päälle. Tässä tapauksessa käyräosan käyttäytyminen on otettava huomioon tarkalleen teoreettisella käyrällä näkyvän mitatun arvon rajoissa. Mukavuussyistä kokeellista riippuvuutta muodostettaessa valitun asteikon tulee olla sama kuin teoreettisen riippuvuuden asteikko. Kun esimerkiksi asetetaan kaavio hydraulivastuksen riippuvuudesta Murin-käyrän Re-luvusta, kokeellinen osa on vain kymmenesosa teoreettisesta käyrästä (ja niitä on Murin-käyrässä paljon). Siksi kokeellisen leikkauksen oikea yhteensopivuus jonkin näistä käyristä mahdollistaa putken sisäpinnan vastaavan suhteellisen karkeuden määrittämisen tämän käyrän jatkossa.
Mittaripaperilla koepisteet esitetään ristinä ja käyrä ei piirretä kaikkien pisteiden yli, vaan virherajojen sisällä, niin että tämän käyrän ylä- ja alapuolella pisteiden lukumäärä niiden kokonaisetäisyyden mukaan koeviivasta on suunnilleen sama. Kokeellisen käyrän yleisulkomuodon tulee olla samanlainen kuin teoreettisen riippuvuuden ulkonäkö tai vastaavan teoreettisen käyrän osan ulkonäkö.
Laboratoriotyö nro 1
LABORATORIOJEN TUTKIMUS "HYDROSTATICS GS"
Työn tavoite: tutkia "Hydrostatics" -laboratorioosaston suunnittelua ja toimintaperiaatetta; kirjoita kaava absoluuttisen paineen määrittämiseksi, kirjoita kaava ylipaineen määrittämiseksi pietsometrien paristolla; tietää nesteiden tiheyden pietsometreissä; määrittää jaettavien pietsometrien ja painemittarien hinta; ilmaisevat merkityksensä SI-kielellä.
Lyhyt teoria.
Teline koostuu työpöydästä 1 (kuva 1), säiliöstä 2 ja suojuksesta 3, johon on kiinnitetty akun painemittari P3. Pöydän viereen on kiinnitetty seinään asennettujen pietsometrien paneeli 4. Säiliö on ¾ täytetty työnesteellä. Pöydän alahyllyllä sijaitsevalla kompressorilla 5 ja pölynimurilla 6 saadaan aikaan yli- tai alipaine säiliön kannen alle. Tarvittava tila saadaan ohjausyksiköstä 7 ja hanoista B1 ja B2. Säiliön ilmanpaine mitataan mekaanisilla instrumenteilla - painemittarilla MH1 ja tyhjiömittarilla VN. Säiliön etu- ja sivuseinissä on laipat, joihin on kiinnitetty kaksi testitasaista seinää 9 palkeen 8 kautta - pysty- ja vaakasuoraan. Laippoihin on kiinnitetty asteikolla varustetut viivaimet, joita käytetään seinien liikkeen määrittämiseen. P3-akkupainemittarin kulmaukset on täytetty nesteellä (yleensä nesteet voivat olla erilaisia). Akun alipainemittarin vasen pää on täytetty ilmalla ja liitetty säiliön yläosaan, ja oikea pää on avoin ilmakehään (kuva 2).
Pietsometrien 4 seinäpaneelissa on pietsometri P1, joka on kytketty säiliön käyttönesteellä täytettyyn osaan, sekä U-muotoinen paine- ja tyhjiömittari P2, joka on täytetty tuntemattoman tiheydellä olevalla testinesteellä. Paine- ja alipainemittarin P2 toinen pää on kytketty säiliön yläosaan (ilma) ja toinen mekaaniseen laitteeseen - painemittariin MH2.
Venttiilit B5 ja B3 estävät paine- ja alipainemittarin P2, kun suoritetaan paine- tai tyhjiökokeita, jotka ylittävät tämän nestelaitteen mittausrajat. Hanoissa B8 ja liittimellä 10 säiliö täytetään käyttönesteellä ja tyhjennetään.
Riisi. 1. Laboratorioteline “Hydrostatics GS”.
Laboratorioteline "GS" on tarkoitettu laboratoriotyön nro 2.3.4 suorittamiseen, jossa määritetään hydrostaattinen paine, tuntemattoman nesteen tiheys ja nestepaineen voima tasaisilla pysty- ja vaakasuorilla seinillä.
Kontrollikysymykset.
Mihin "Hydrostatics GS" -laboratorioteline on tarkoitettu?
Mihin telineen toimintaperiaate perustuu?
Luettele laboratoriotelineen pääelementit.
Mitä painemittareita telineessä käytetään?
Mikä on asteikkojaon hinta pietsometrien paristolle?
Mikä on seinään asennettavien pietsometrien asteikkojakohinta?
Riisi. 2. Hydrostatics GS -telineen hydraulikaavio.
Mikä on mekaanisten painemittarien jakohinta? Ilmoita tämä määrä SI:nä.
Millaista nestettä pietsometrin akussa on? Ilmoita sen tiheys.
Mitä nesteitä seinään asennettavat pietsometrit sisältävät? Ilmoita, mikä on nesteen tiheys pietsometrissä P1.
Mitä nestettä ja mihin tasoon säiliö on täytetty? Miksi?
Miten pöytäpietsometrien paristo määrittää yli- ja paine-tyhjiöpaineen säiliössä? Kirjoita kaava.
Ilmoita jalustan kaksi pääkäyttötilaa. Mitä laitteita käytetään näiden tilojen luomiseen ja missä ne sijaitsevat?
Mitkä menetelmät hydrostaattisen paineen määrittämiseksi ovat tarkimmat.
Laboratoriotyö nro 2
HYDROSTAATISEN PAINEEN MÄÄRITTÄMINEN.
Työn tavoite - Opiskelija hallitsee menetelmät hydrostaattisen, ylipaineen ja tyhjiöpaineen mittaamiseen kahdessa tilassa.
Työhön valmistautuessaan, työn suorittamisen aikana ja kokeiden tuloksia käsitellessä opiskelijan tulee:
Tutustu erilaisiin paineenmittauslaitteisiin;
Määritä hydrostaattinen paine kolmella tavalla kahdessa tilassa;
Määritä paine säiliön kannen alla pietsometrin ja akun paine-tyhjiömittarin lukemilla ja vertaa niitä mekaanisen laitteen lukemiin kahdessa tilassa;
Määritä absoluuttinen virhe hydrostaattisen paineen mittauksessa käyttämällä kaikkia kolmea menetelmää kaikille moodeille.
Hydrauliikan laboratoriotyöt
Virtuaalilaboratoriossa
Ohjeita
Toimituksen ja julkaisun hyväksymä
Samara 2009
Koonnut IN JA. Vesnin
UDC 532; 621.031
Hydrauliikan laboratoriotyöt virtuaalisessa laboratoriossa: ohjeet / comp. IN JA. Vesnin; SGASU. – Samara, 2009. – 40 s.
Ohjeet on tarkoitettu päätoimisille ja osa-aikaisille yliopiston erikoisalojen opiskelijoille: 290300, 290500, 290700, 290800, 291300, 291500, 330400 Hydrauliikka-kurssin laboratoriotyössä (koko-II vuosi, III-IV). lukukausi ja IV vuosi, VII lukukausi kirjeenvaihto).
Tarvittavat tiedot laboratoriotyön suorittamiseen seuraavista aiheista:
"Hydrostaattinen paine ja Pascalin laki",
"Bernoullin yhtälö nesteen tasaiselle epätasaiselle liikkeelle",
"Nestevirtaustilat"
"Hydraulinen vastus"
"Nesteen virtaus ohuessa seinämässä olevien pienten reikien ja suuttimien läpi jatkuvassa paineessa ilmakehään"
"Vesivasara".
Testikysymykset annetaan määritettyä laboratoriotyötä varten.
Koulutuspainos
Toimittaja G.F. Hamppu
Tekninen toimittaja A.I. Huono sää
Oikolukija E.M. Isaeva
Allekirjoitettu julkaistavaksi 20.7.2009.
Muoto 60x84/16. Offset-paperi. Offsetpainatus.
Akateeminen toim. l. Ehdollinen uuni l. Levikki 100 kappaletta.
Samaran osavaltion arkkitehtuurin ja rakennustekniikan yliopisto
443001 Samara, st. Molodogvardeyskaya, 194
yhteinen osa
Hydraulimekaniikan laboratorion tietokoneversio on tarkoitettu laboratoriotyön simulointiin Hydrauliikka-alan ohjelman mukaisesti. Se sisältää yhden laboratorioyksikön hydrostatiikkaa ja 5 yksikköä hydrodynamiikkaa varten.
Virtuaalilaboratorio koostuu näytöllä olevasta animoidusta kuvasta nykyisistä asennuksista ja tutkittavan fyysisen prosessin matemaattisesta mallista, joka ohjaa näytön sisältöä.
Ohjelman avulla voit simuloida fyysisen prosessin parametrien mittaamista hydraulisten kokeiden käytännössä käytettävillä instrumenteilla. Tietokonekokeen aikana ohjelma toistaa mitatun parametrin satunnaisen poikkeaman, mikä mahdollistaa mittausten tarkkuuden arvioinnin tilastollisilla analyysimenetelmillä.
Jokainen laboratoriolaitteisto koostuu kolmesta osasta:
1 – kaavio laboratoriojärjestelystä, samanlainen kuin näissä ohjeissa esitetty;
2 – tiedot ohjelmasta, jotka kuvaavat tämän työn suorittamisen menetelmää ja sisältävät tarvittavat alkutiedot, jotka on merkitty osittain kaavioon;
3 – kokeen suorittaminen, joka suoritetaan interaktiivisessa tietokonetilassa.
Ohjelman avulla voit suorittaa kokeita erilaisissa tiloissa.
Työpaja esittelee kuvauksia kuudestatoista laboratoriotyöstä tieteenalalla "Hydrauliikka", joista jokainen sisältää lyhyen teorian, toteutusohjeet ja testikysymykset. Viitemateriaali on liitteenä. Sanakirja koostuu käytetyistä käsitteistä ja niiden määritelmistä.
Erikoisalalla opiskeleville opiskelijoille 19060365 "Kuljetus- ja teknisten koneiden ja laitteiden huolto (autokuljetus)" ja 19050062 "Ajoneuvojen käyttö".
ESIPUHE
Moottoriliikenteen erikoisalojen opiskelijoiden hydrauliikan opiskelu edellyttää tietyn määrän laboratoriotyötä. Tämä kokoelma sisältää kuvauksia laboratoriotyöstä ja ohjeita niiden toteuttamiseen.
Laboratoriotyöpajan tarkoituksena on vahvistaa luentokurssin materiaalia, kehittää itsenäisen työskentelyn taitoja instrumenttien kanssa kokeita tehtäessä, oppia menetelmiä liikkuvan nesteen parametrien määrittämiseen ja laskelmien suorittamiseen sekä kykyä tehdä johtopäätöksiä saatujen tulosten perusteella.
Jokaisen tehtävän suorittamiseen kuluu 2 tuntia. Koska tieteenalaa opiskellessa annetaan joitakin osia opiskelijoille itsenäistä opiskelua varten, kunkin työn metodologiset ohjeet hahmottelevat lyhyesti teoreettista materiaalia.
JOHDANTO
Hydrauliikka on tekninen tiede, joka tutkii nesteiden mekaanisia ominaisuuksia, tasapainolakeja ja liikettä. Termi "neste" kattaa sekä pisaroita, käytännössä kokoonpuristumattomia nesteitä että kaasumaisia tai kokoonpuristuvia aineita.
Teoreettinen lähestymistapa perustuu Eulerin jatkuvuusperiaatteeseen, jonka mukaan nestettä ei pidetä erillisinä materiaalihiukkasina, vaan jatkumona, ts. jatkuva tai jatkuva materiaaliväliaine, joka sallii hiukkastensa rajoittamattoman jakautumisen. Tällainen näkemys aineen rakenteesta on hyväksyttävä, jos niiden tilavuuksien mitat, joissa tutkittavaa ilmiötä tarkastellaan, ovat riittävän suuria molekyylien mittoihin ja niiden vapaaseen reittiin verrattuna.
Hydrauliikassa käytetään laajasti kokeellisia tutkimusmenetelmiä, jotka mahdollistavat todellisista ilmiöistä poikkeavien teoreettisten johtopäätösten korjaamisen.
Käytännön hydrauliikan pääosat ovat: virtaus putkien läpi, nesteen virtaus reikistä ja suuttimien läpi, virtauksen vuorovaikutus esteiden kanssa, liike huokoisissa väliaineissa (suodatus) sekä hydraulikoneet.
LABORATORIOTYÖT
Aihe 1. FYSIKAALISET OMINAISUUDET
NESTEET
Työn tavoite: hallitsee nesteiden tiheyden, lämpölaajenemisen, viskositeetin ja pintajännityksen mittausmenetelmät.
Yleistä tietoa
Nestemäisessä aggregaattitilassa (nestefaasissa) olevaa ainetta kutsutaan nesteeksi. Aggregoitumisen nestemäinen tila on kiinteän tilan, jolle on ominaista tilavuuden säilyminen, pinnan muodostuminen ja tietyn vetolujuuden omaaminen, ja kaasumaisen tilan välissä, jossa aine saa muodon astia, jossa se on. Samaan aikaan nesteellä on vain sen luontainen ominaisuus - juoksevuus, ts. kyky muuttaa muotoaan plastisesti tai viskoosisesti minkä tahansa (mukaan lukien mielivaltaisen pienten) jännitysten vaikutuksesta. Sujuvuudelle on ominaista viskositeetille käänteinen arvo.
Nesteen tärkeimmät ominaisuudet ovat tiheys, kokoonpuristuvuus, lämpölaajeneminen, viskositeetti ja pintajännitys.
Tiheys Homogeenisen aineen määrää kutsutaan massasuhteeksi m nestettä tilavuuteensa W:
ρ = m/ W.
Kokoonpuristuvuus– nesteen ominaisuus pienentää tilavuuttaan tasaisen paineen vaikutuksesta. Häntä arvioidaan puristuvuuskerroin s, joka osoittaa suhteellista laskua nestetilavuudessa Δ W/W paineen noustessa Δ ρ yksikköä kohti:
βρ = (Δ W/W)/Δ ρ .
Lämpölaajeneminen– nesteen ominaisuus muuttaa tilavuutta kuumennettaessa – karakterisoitu vakiopaineessa, tilavuuden lämpölaajenemiskerroin T, joka on yhtä suuri kuin suhteellinen tilavuuden lisäys Δ W/W lämpötilan muutoksen sattuessa T yhdellä asteella:
β T =(Δ W/W)/Δ T.
Yleensä kuumennettaessa nesteen tilavuus kasvaa.
Viskositeetti(sisäinen kitka) - nestemäisten kappaleiden ominaisuus vastustaa yhden osan liikettä suhteessa toiseen. Häntä arvioidaan dynaamisen viskositeetin kerroin , jonka mitta on Pa∙s. Se luonnehtii nesteen (kaasun) vastustuskykyä sen kerrosten siirtymiselle.
Dynaamisen viskositeetin ohella laskelmat käyttävät usein kinemaattinen viskositeettikerroinν, joka määritetään kaavalla
ν = μ /ρ
ja mitattuna m 2 /s tai Stokes (1 Stokes = 1 cm 2 /s).
Dynaamisen ja kinemaattisen viskositeetin kertoimet määräytyvät nesteen tyypin mukaan, eivät riipu virtausnopeudesta ja pienenevät merkittävästi lämpötilan noustessa.
Pintajännitys– kahden faasin välisen rajapinnan termodynaaminen ominaisuus, joka määräytyy palautuvan isotermisen muodostumisen työstä tämän pinnan pinta-alayksikköä kohti. Nesterajapinnan tapauksessa pintajännitystä pidetään voimana, joka vaikuttaa pinnan ääriviivan pituusyksikköä kohti ja pyrkii vähentämään pintaa minimiin tietyillä faasitilavuuksilla. Ominaista pintajännityskerroin J/m2 = N/m. Uuden pinnan muodostamistyö kuluu molekyylien välisen adheesion (koheesion) voittamiseksi aineen molekyylien siirtyessä kehon tilavuudesta pintakerrokseen. Pintakerroksen molekyylien välisten voimien resultantti ei ole nolla ja se suuntautuu sen vaiheen sisään, jossa adheesiovoimat ovat suuremmat. Siten pintajännitys on pintakerroksen (interfaasien) kerroksen molekyylien välisten voimien kompensoimattomuuden mitta tai pintakerroksen vapaan energian ylimäärä verrattuna vapaaseen energiaan bulkkifaasissa.
Tiheyden, kokoonpuristuvuuskertoimien, tilavuuden lämpölaajenemisen, kinemaattisen viskositeetin ja pintajännityksen arvot lämpötilassa 20°C on annettu taulukossa. Hakemuksen kohta 3.1.
Kuvaus tutkittavasta laitteesta
nesteen fysikaaliset ominaisuudet
Nesteen fysikaalisten ominaisuuksien tutkimiseen tarkoitettu laite sisältää 5 laitetta, jotka on tehty yhteen läpinäkyvään koteloon (kuva 1), jotka osoittavat koetietojen käsittelyyn tarvittavat parametrit. Laitteet 3–5 alkavat toimia, kun laitetta on käännetty 180°. Lämpömittari 1 näyttää ympäristön lämpötilan ja siten myös nesteiden lämpötilan kaikissa laitteissa.
Riisi. 1. Laitekaavio:
1 - lämpömittari; 2 – hydrometri; 3 – Stokes-viskosimetri;
4 – kapillaariviskosimetri; 5 – stalagmometri
1.1. Kertoimen määrittäminen
nesteen lämpölaajeneminen
Lämpömittarissa 1 (kuva 1) on lasisäiliö, jossa on lämpömittarilla täytetty kapillaari ja asteikko. Sen toimintaperiaate perustuu nesteiden lämpölaajenemiseen. Muutos ympäristön lämpötilassa johtaa vastaavaan muutokseen lämpömittarin nesteen tilavuudessa ja sen tasossa kapillaarissa. Taso osoittaa lämpötila-arvon asteikolla.
Termometrisen nesteen lämpölaajenemiskerroin määritetään ajatuskokeen perusteella. Oletetaan, että ympäristön lämpötila on noussut lämpömittarin alemmasta (nollasta) yläraja-arvoon ja nesteen taso kapillaarissa on noussut l.
Lämpölaajenemiskertoimen määrittämiseksi on tarpeen:
2. Laske lämpömittarin nesteen tilavuuden lisäys
Δ W = π r 2 l,
Missä r– lämpömittarin kapillaarin säde (ilmaistu lämpömittarissa).
3. Ottaen huomioon lämpömittarin alkutilavuus (0°C:ssa). W(arvo on annettu lämpömittarissa) etsi lämpölaajenemiskerroin β T = (Δ W/W)/Δ T ja vertaa sitä viitearvoon β T* (Taulukko P. 3.1). Syötä käytettyjen määrien arvot taulukkoon. 1.
pöytä 1
|
Nesteen tyyppi |
r, |
W, |
Δ T, |
l, |
Δ W, |
β
T , |
β
T *
, |
Alkoholi |
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Nesteen tiheyden mittaaminen hydrometrillä
Hydrometria 2 (kuva 1) käytetään nesteen tiheyden määrittämiseen float-menetelmällä. Se on ontto sylinteri, jonka pohjassa on millimetriasteikko ja paino. Painon ansiosta hydrometri kelluu testinesteessä pystyasennossa. Hydrometrin upotussyvyys on nesteen tiheyden mitta, ja se luetaan asteikosta nestemäisen meniskin yläreunasta hydrometrin ympärillä. Perinteisissä hydrometreissä asteikolla on tiheysarvot.
Työn aikana on suoritettava seuraavat toiminnot:
1. Mittaa upotussyvyys h hydrometri millimetriasteikolla siinä.
2. Laske nesteen tiheys kaavalla
ρ = 4m/(πd 2 h),
Missä m Ja d– hydrometrin massa ja halkaisija (arvot on ilmoitettu hydrometrissä).
Tämä kaava saadaan vertaamalla hydrometrin painovoima G = mg ja kelluva (arkimedelainen) voima F A = ρ gW, missä on hydrometrin upotetun osan tilavuus W = hπd 2 /4.
3. Vertaa kokeellista tiheysarvoa viitearvon kanssa * (Taulukko P. 3.1). Käytettyjen määrien arvot on koottu taulukkoon. 2.
taulukko 2
Havaintojen ja laskelmien tulokset
 |