Лабораторные работы

Подождите немного. Документ загружается.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Изучение физических свойств жидкости.

Цель работы: освоение техники измерения плотности, теплового

расширения, вязкости и поверхностного натяжения жидкостей.

Схема устройства.

1 – термометр;

2 - ареометр;

3 – вискозиметр;

4 - капиллярный вискозиметр;

5 – сталагмометр.

Определение коэффициента теплового расширения жидкости.

Порядок выполнения работы:

1) Подсчитать общее число градусных делений

Т

в шкале

термометра измерить расстояние l между крайними штрихами

шкалы.

2) Вычислить приращение объема термометрической жидкости

lrW





, где r- радиус капилляра термометра.

3) С учетом начального (при 0

С) объема термометрической

жидкости W - значение коэффициента теплового расширения

TWW

 /)/(



и сравнить его со значением



. Значение

используемых величин занести в таблицу.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

1) Число делений 52

2) r=0,01 см.

3422

107,15501,014,3 cмlrW







573,0/)/(  TWW



Жидкость



кг/м



МПа

-1



-1

10



/с



Н/м

Вода пресная 998 0,49 0,15 1,01 73

Спирт этиловый 790 ,78 1,10 1,52 23

Масло:

Автол М-8В 900 0,60 0,64 300 25

Индустриальное

900 0,72 0,73 110 25

Трансформаторн

ое

890850 0,60 0,70 30 25

АМГ-10 0,76 0,83 20 25

Жидкость в термометре – автол.

Вид

жидкос

ти

r ,см W,см



С L, см



см



-1



-1

Спирт 0,01

0,0274

27,4.10

-3

5 15,7*10

0,573 0,64

Измерение плотности жидкости ареометром.

Порядок выполнения работы:

1) Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на

нем.

2) Вычислить плотность жидкости по формуле

)/(4

hdm





где т и d –масса

и диаметр ареометра. Эта формула получена путем приравнивания силы

тяжести ареометра G=mg и выталкивающей (архимедовой) силы P

=pgw , где

объем погруженной части ареометра W= (



/4)h.

3) Сравнить опытные значения плотности р со справочным значением р* .

Значение используемых величин свести в таблицу.

Вид

жидкости

m, г d, см h ,см



,г/см



,г/см

Вода 5,5 1,1 6 0,9 0,998

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Определение вескости вискозиметром Стокса.

Порядок выполнения работы:

1) Повернуть устройство №1 в вертикальной плоскости на 180

зафиксировать секундомером время t прохождения шариком

расстояния l между двумя метками в приборе 3. Шарик должен

падать по оси емкости без соприкосновения со стенками. Опыт

выполнить 3 раза, а затем определить среднеарифметическое

значение времени t.

2) Вычислить опытное значение кинематического коэффициента

вязкости жидкости

))/(2.4318/()1/(

Ddlltgd





, где g - ускорение

свободного падения; d, D - диаметры шарика и цилиндрической

емкости; p, p

- плотности жидкости и материала шарика;

3)Сравнить опытным путем значение коэффициента вязкости



табличным значением



* . Значения используемых величин свести в

таблицу.

Вид

жидк

ости



кг/м

t,с l,м d,м D,м



кг/м



,м

/с



*м

/с

М-8В 900 17 0,07 0,008 0,02 982 300·10

6

300·10

6

Измерение вязкости капиллярным вискозиметром.

Порядок выполнения работы:

1) Перевернуть устройство №1 в вертикальной плоскости и определить

секундомером время стечения через капилляр объема жидкости между

метками из емкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

2) Вычислить значение кинематического коэффициента вязкости

Mt



(М –

постоянная прибора) и сравнить его с табличным значением. Данные свести

в таблицу.

Вид

жидкости

М,м

/с

t,с



/с T,



*м

/с

М-8В 366·10

8

125 457,5·10

6

27 300·10

6

Измерение поверхностного натяжения сталагмометром.

Порядок проведения работы:

1) Повернуть устройство №1 и подсчитать число капель, полученных в

сталагмометре 5 из объема высотой S между двумя метками. Опыт

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа

капель n.

2) Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения

nК /





(К – постоянная сталагмометра) и сравнить его с табличным

значением. Данные привести в таблицу.

Вид

жидкости

К,м

/с



,кг/м



,Н/м



*H/м

М-8В 6,1·10

3

900 190 0,028 0,025

βт=(0,00157/0,0274)/50=1,1·10

3

ºс

ρ=4·5,5/3,14·1,1²·6)=0,9 г/см³;

ν=

10300

02,0

008,0

07,02,4307,08,1

900

982

17008,08,9

































м²/с;

ν=3,66·10

8

·125=457,5·10

6

м²/с;

σ=6,1·10

3

·900/190=0,028 Н/м.

Вывод: Входе проведения лабораторной работы ознакомились с методами

измерения температуры, плотности, вязкости, поверхностного натяжения.

Сверившись со стандартными данными убедились в правильности методов

измерения (расчёты по опытным данным совпали с табличными).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Изучение приборов для измерения давления.

Цель работы: Изучение устройства и принципа действия жидкостных

приборов для измерения давления.

1.Полость с атмосферным давлением;

2. опытный резервуар;3-пьезометр; 4-уровнеметр; 5-мановакуметр; 6-пьезоиетр; 7-вакуметр

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Описание устройства №2 и жидкостных приборов.

Ртутный барометр состоит из вертикальной стеклянной трубки с

миллиметровой шкалой и закрытым верхним кольцом, которая заполнена

ртутью, и чаши с ртутью, в которую опущена трубка нижним концом.

Для демонстрации других приборов служит устр. №2, которое выполнено

прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное

давление, и резервуар 2, частично заполнен водой (рис. а). Для измерения

давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3,4

и5 .Они представляют собой произвольные вертикальные каналы со

шкалами, размеченными в единицах длины.

Однотрубный манометр 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а

нижний- с резервуаром 2. Им определяется манометрическое давление

Рм=ρghм на дне резервуара.

Уровнемер 4 соединен обоими концами с резервуарами и служит для

измерения уровня жидкости H в нём.

Мановакууметр 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

Рмо=ρghм (рис. а) или вакуумметрического Рво=ρghв (рис. б)давлений над

свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре

можно изменять путём наклона устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180º против часовой стрелки

(рис. в) канал 4 остаётся уровнемером, колено мановакууметра 5

преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3-в вакуумметр 7, служащий для

определения вакуума Рво=ρghв над свободной поверхностью жидкости в

резервуаре 2.

Вывод: В результате проведения лабораторной работы ознакомились

принципом работы приборов для измерения давления – манометров.

Принцип работы которых основывается на уравновешивании измеряемого

давленя Р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе, т.е. работа

приборов основывается на принципе сообщающихся сосудов.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Измерение гидростатического давления.

Цель работы: Приобретение навыков по измерению гидростатического

давления жидкостными приборами.

1.Полость с атмосферным давлением;

2. опытный резервуар;3-пьезометр; 4-уровнеметр; 5-мановакуметр; 6-пьезоиетр; 7-вакуметр.

Порядок выполнения работы

1. В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного

(Ро>Ра), о чём свидетельствует превышения уровня жидкости в

пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в

мановакуметре (рис. а).Для этого устройство поставить на правую

сторону , затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть

жидкости из левого колена мановакууметра 5 в резервуар 2.

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

3. Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания

пьезометра, а затем через величины, измеренные уровнемером и

мановакууметром. Для оценки сопоставимости результатов

определения давления на дне резервуара двумя путями найти

относительную погрешность δр.

4. Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум

(Ро<Ра), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже . чем

в резервуаре. А на вакуумметре 5 появляется обратный перепад Hв

(рис. б). Для этого устройство поставить на левую сторону, а затем

наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено

мановакууметра 5. Дальше см. п.п.2 и3.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

5. перевернуть устройство против часовой стрелки (рис. в) и определить

манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной точке С

через показания пьезометра 6 , затем с целью проверки найти его через

показания обратного пьезометра 7 и уровнемером 4.

№ п/п Наименование

величин

Обозначения,

формулы

Условия опыта





1. Пьезометрическая

высота, м

22,1 5,6

2, Уровень жидкости

в резервуаре, м

H 7,8 10,4

3, Манометрическая

высота, м

14,6 ----

4, Вакуумметрическая

высота, м

----- 4,6

5, Абсолютное

давление на дне

резервуара по

показанию

пьезометра, Па

ghpp





103520,2 101873,8

6, Абсолютное

давление в

резервуаре над

жидкостью, Па

ghpp





ghpp





102755,8

-------

-----

100874,2

7, Абсолютное

давление на дне

резервуара через

показания

мановакууметра и

уровнемера, Па

gHpp





103520,2 101,893,4

8, Относительная

погрешность

результатов

определения

давления на дне

резервуара, %

pppp /*)(100 



0 -0,01

Pa=101325 Па; PH2o=1000 кг/м³ ; P=Pa+ρghп ;

P1=101325+1000·9.8·0.224=103520.2 Па;

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

P2=101325+1000·9.8·0.056=101873.8 Па;

Po=Pa+ρghп;

Po=101325+1000·9.8·0.106=102755.8 Па;

Po=Pa-ρghв;

Po=101325-1000·9.8·0.046=100874.2 Па;

P*=Po+ρgh;

P*=102755.8+1000·9.8·0.078=103520.2 Па;

P*=100874.2+1000·9.8·0.104=1011893.4 Па;

δp=100(103520.2-103520.2)/103520.2 Па;

δp=100(101873.8-101893.4)/101873.8=-0.01 %

Вывод: Научились определять давление путём измерения разности

уровней сообщающихся сосудов и переводить показания приборов в

абсолютные давления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Изучение структуры потоков жидкости.

Цель работы: Наблюдение потоков жидкости с различной структурой и

выявление факторов, влияющих на структуру.

1,2-баки; 4,5-опытные каналы; 7-решётка;

3-перегордка; 6-щель; 8-уровневая шкала;

Порядок выполнения работы.

1. Создать в канале 4 ламинарный режим движения жидкости. Для этого

при заполненном водой баке 1 поставить устройство баком 2 на стол.

(Рис. а) Наблюдать структуру потока.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

2. Повернуть устройство в вертикальной плоскости по часовой стрелке на

180º (рис. б). Наблюдать турбулентный режим течения в канале 5.

3. При заполнении водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 5

занял нижнее горизонтальное положение(рис. в). Наблюдать в канале

процесс перехода от турбулентного режима к ламинарному.

4. При заполнении водой баке 2 поставить устройство так, чтобы канал 4

занял нижнее горизонтальное положение (рис.г). Наблюдать за

структурой потока в баке при внезапном сужении, внезапном

расширении в канале за щелью и при выходе потока из канала в бак 1.

Обратить внимание на вальцовые зоны, транзитную струю и связь

скоростей с площадями сечений каналов.

5. При заполненном баке 1 наблюдать структуру течения при обтекании

перегородки 3 (рис. д).

6. Сделать зарисовку структуры потоков.

Ламинарный

режим

Турбулентный

режим

Расширение

потока

Обтекание стенки

Вывод: : Наблюдали структуру потока ,выявили факторы влияющие на

структуру потока, а именно скорость движения жидкости и ее вязкость.

Выяснили что на структуру потока влияют следующие факторы: вязкость

жидкости, скорость потока и характерный размер канала (в нашем случае

диаметр), т.е. составляющие числа Рейнольдса.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Определение режима течения.

Цель работы: Освоение расчетного метода определения режима течения.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Порядок выполнения работы.

1. Создать в канале 4 течение жидкости при произвольном наклоне

устройства №3 от себя.

2. Измерить время t перемещения уровня воды в баке на некоторое

расстояние S и снять показания термометра T, находящегося в

устройстве №1.

3. Подсчитать число Рейнольдса по порядку указанному в таблице.

4. Повернуть устройство в его плоскости на 180º и выполнить операции

по н.п. 2,3.

5. Сравнить полученные значения чисел Рейнольдса между собой, и затем

на основе сравнения с критическим значениями, сделать вывод о

режиме течения.

№ п/п Наименование

величин

Обозначения, формулы № опыта

1 2

1 Изменение уровня

воды в баке, см

S 6 6,3

2 Время наблюдения за

уровнем, с

t 17 7

3 Температура воды,

T 24 24

4 Кинематический

коэффициент

вязкости воды, см

/с

)22,034100/(9,17

ТТ 



0,0092 0,0092

5 Объем воды,

поступающей в бак

за время t, см

W=ABS 504 529,2

6 Расход воды, см

/с Q=W/t 29,6 75,6

7 Средняя скорость

теченя в канале,

см/сек

V=Q/



11,84 30,24

8 Число Рейнольдса Re=Vd/



1801,7 4601,7

9 Название режима

течения

Re(<,>)Re

=2300 Ламин. Турб.

А=21 см, В=4 см, d=1.4 cm; ω=2.5 cm².

υ=17.9/(1000+34·24+0.22·24²)=0.0092 cm²/c;

W1=21·4·6=504; W2=21·4·6.3=529.2 cm³;

Q1=504/17=29.6 cm³/c; Q2=529.2/7=75.6 cm³/c

V1=29.6/2.5=11.84 cm/c; V2=75.6/2.5=30.24 cm/c;

Re=11.84·1.4/0.0092=1801.7; Re=30.24·1.4/0.0092=4601.7

Вывод: Освоили расчетные методы определения режима течения

жидкости. На основе полученных данных можно сделать вывод, что в первом

случае т.к. Re=1807.7<Reкр=2300 режим течения ламинарный, а во втором

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист