Tài liệu tham khảo Báo cáo thí nghiệm thủy lực đại cương
Học viện kỹ thuật quân sự Bộ môn nhiệt thuỷ khí Báo cáo thí nghiệm thuỷ lực đại cơng Họ và tên nhóm trởng : Nông Văn Thao Họ và tên các thành viên của nhóm: Nguyễn Thái Phan Đức Thanh Lớp : Ô TÔ - K42 Năm học : 2009 - 2010 Hà Nội 03/2010 Thí nghiệm thuỷ lực đại cơng Mục đích. - Giúp cho học viên làm quen với các máy đo sử dung trong môn thuỷ lực từ đó xây dựng đợc các kỹ năng sử dụng các loại máy đó. - Làm quen với các phơng pháp đo và phơng pháp xác định các yếu tố trong thuỷ lực A. Bộ thiết bị thí nghiệm thuỷ lực. 1. Mô tả thiết bị. - Tên thiết bị : HLB 95. - Các bộ phận chính: + Bộ phận chính để đo các số liệu thí nghiệm. + Bộ phận phụ trợ để đảm bảo cấp nớc cho bộ phận chính hoạt động. - Kích thớc: + Bộ phận chính: dài x rộng x cao = 172 x 45 x 135 cm. Nặng 120kg. + bộ phận phụ trợ: 120 x 50 x 220. Nặng 70kg. I/ Bài thí nghiệm 1: 1. Tóm tắt lý thuyết. - Những hệ thức cơ bản va những công thức tính toán khi chất lỏng phụ thuộc vào trạng thái chuyển động. Có haio trạng tháI chuyển động là chảy rối và chảy tầng. - Chảy tầng xuất hiện khi chất lỏng chuyển động thành từng lớp riêng biệt không xáo trộn vào nhau. - Chảy rối xuất hiện khi chất lỏng chuyển động xáo trộn vào nhau. - Để xác định trạng tháI chảy ngời ta dựa vào hệ số Raaynol: . Re d V = Trong đó: : hệ số nhớt động học V: vận tốc dòng chảy. d: đờng kính ống trụ tròn 2. Khảo sát hai trạng thái chảy ( thí nghiệm Râynol ). Kết quả thí nghiệm Râynol Qua tiến hành thí nghiệm ta có bảng kết quả nh sau: TT H 1 (cm) h 1 (cm) Q 1 (cm 2 /s) v 1 (cm/s) t 0 (c 0 ) i (cm 2 /s) Re= v d. 1 Kết luận trạng thái chảy (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 1 2 3 11.5 11.6 11.6 1.5 1.6 1.6 15 15.5 15.5 7.46 7.7 7.7 20 20 20 0.01006 0.01006 0.01006 1270 1310 1310 Chảy tầng Chảy tầng Chảy tầng 4 5 6 12.6 12.5 12.4 2.6 2.5 2.4 44.5 44 44 22.2 22 22 20 20 20 0.01006 0.01006 0.01006 3779 3745 3745 Chảy rối Chảy rối Chảy rối Trong đó : v : Vận tốc dòng chảy (cm/s) ; d : Đờng kính ống trụ tròn : d= 1,6 cm ; : Độ nhớt động học (tra bảng2- Hớng dẫn TNTL, Bộ môn Kỹ thuật nhiệt- khoa cơ khí): ứng với t = 20 0 C có = 0,01006; Nhận xét đánh giá: 1. Từ kết quả thí nghiệm trạng thái chảy qua kết quả đo đạc tính toán số Re và sự quan sát dòng màu trong ống thí nghiệm ta thấy hoàn toàn phù hợp. Trong 3 lần thí nghiêm đầu dòng nớc màu và nớc trong ống chảy thành từng dòng riêng biệt. Trong khi đó ở 3 thí nghiệm sau dòng nớc màu và nớc trong ống nghiệm chuyển động xáo trộn lẫn nhau ta có dòng chảy rối. Nguyên nhân của sự phù hợp này là do khi tiến hành thí nghiệm đã làm đúng và tơng đối chính xác, máy thí nghiệm cơ bản đảm bảo đợc nên kết quả thí nghiệm thu đợc tơng đối chính xác. 2. Tuy nhiên trong thí nghiệm vẫn còn có sai số, do khi quan sát các dòng chảy còn cha đợc chuẩn, trong quá trình đọc ghi và tính toán còn có làm tròn số. 3. So sánh giữa kết quả thí nghiệm và lý thuyết ta thấy hoàn toàn phù hợp. II. bài thí nghiệm 2. 1. Tóm tắt lý thuyết. - Phơng trình Becnuli là phơng trình cơ bản của thuỷ lực. - Phuownh trình Becnuli viết cho một đơn vị chất lỏng nên còn đợc coi là ph- ơng trình cân bằng tỷ năng. Phơng trình này xác lập cho dòng chảy không nén đợc chảy ổn định từ mặt cắt 1-1 đến 2-2. - Phơng trình nh sau: z 1 + 1 p + 2 1 1 2 v g ì = z 2 + 2 p + g v 2 2 22 + h 21 w trong đó: + Z 1 , Z 2 : năng lợng vị trí của dòng chảy tại hai mặt cắt 1-1 và 2-2 so với mặt cắt chuẩn. + 1 p , 2 p : áp năng của sòng chảy. + 2 1 1 2 v g ì , g v 2 2 22 : động năng dòng chảy. 2. Xác định các thành phần của phơng trình năng lợng dòng chảy (phơng trình bécnuli) kết quả thí nghiệm phơng trình Bécnuli Qua thí nghiệm ta có kết quả đợc trình bày nh bảng sau: TT H 1 (cm) h 1 (cm) Q 1 v 1 2 1 1 2 v g ì z 1 + 1 p v 2 g v 2 2 22 z 2 + 2 p h 21 w v 3 g v 2 2 33 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) 1 35 24.2 1.9 0.95 4.8E-6 24.2 0.95 4.8E-6 24 0.2 0.27 1.4E- 6 2 38.5 27.7 2 1 5.1E-6 27.7 1 5.1E-6 27.5 0.2 0.28 1.5E- 6 3 38.2 27.4 2 1 5.1E-6 27.4 1 5.1E-6 27.2 0.2 0.28 1.5E- 6 4 37.3 26.5 1.95 0.975 4.9E-6 26.5 0.975 4.9E-6 26.3 0.2 0.277 1.41 E-6 5 36.5 25.7 1.95 0.975 4.9E-6 25.7 0.975 4.9E-6 25.5 0.2 0.277 1.41 E-6 z 3 + 3 p h 32 w v 4 g v 2 2 22 z 4 + 4 p h 43 w v 5 g v 2 2 55 z 5 + 5 p h 54 w Ghi chú (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) 23 (24) 14.6 9.4 0.95 4.8E-6 19.7 -5.1 0.95 4.8E-6 19.6 0.1 21.9 5.6 1 5.1E-6 25.2 -3.3 1 5.1E-6 24.9 0.3 21.5 5.7 1 5.1E-6 24.7 -3.2 1 5.1E-6 24.5 0.2 19.5 6.8 0.975 4.9E-6 23.2 -3.8 0.975 5.1E-6 23.2 0.1 17.7 7.8 0.975 4.9E-6 22.3 -4.6 0.975 5.1E-6 22 0.3 Nhận xét đành giá. - Nguyên nhân gây ra sai số của phép đo là do: + Sai số của thiết bị đo gây ra. + Sai số do ngời làm thí nghiệm gây ra. - ý nghĩa và ứng dụng của phơng trình Becnuli: + Phơng trình Becnuli đợc ứng dụng dùng để xác định các thông số của dòng chảy tại hai mặt cắt khác nhau trên dòng chảy của chất lỏng. III. bài thí nghiệm 3 1. tóm tắt lý thuyết. Phơng trình Becnuli: z 1 + 1 p + 2 1 1 2 v g ì = z 2 + 2 p + g v 2 2 22 + h 21 w thành phần h 21 w là tổn thất thuỷ lực khi dòng chảy chuyển động từ mặt cắt - ớt 1-1 đến 2-2 bao gồm tổn thất dọc đờng và tổn thất cục bộ. h 21 w =h l +h c Trong đó tổn thất dọc đờng đợc xác định theo công thức: 2 1 . . 2 l V h d g = Trong đó : l - là chiều dài đoạn dòng chảy. d - đờng kính ống. V vận tốc trung bình của mặt cắt dòng chảy. g- gia tốc rơi tự do. - hệ số sức cản dọc đờng. - Hệ số ma sát trong trờng hợp tổng quát phụ thuộc vào trạng tháI chuyển động của chất lỏng và đặc trng hình học của ống dẫn cụ thể là độ nhám thành ống d trong đó: - độ nhám tuyệt đối của thành ống; d- đờng kính ống dẫn. - Nh vậy: (Re, )f d = . 2. Xác định tổn thất thu là tổn thuỷ lực dọc đờng. Kết quả thí nghiệm tổn thất thuỷ lực dọc đờng. Qua tiến hành thí nghiệm và kết hợp với đồ thị Nicuratso ta có đợc kết quả thí nghiệm nh bảng sau: TT H 1 h i Q 1 v i 1 Re= d.v i h 1 Kết luận trạng thái chảy (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1 2 3 12.6 12.5 12.4 2.6 2.5 2.4 44.5 44 43.5 22.2 22 21.6 0.0094 0.0094 0.0094 3543 3510 3505 1.2 1 0.8 0.65 0.54 0.43 Chảy rối chảy rối chảy rối Theo lý thuyết hệ số = 0.5 1 1.75 2lg 2 d + =0,5 Từ bảng kết quả trên ta có đồ thị sau: Đánh giá thí nghiệm: - Từ kết quả thí nghiệm ta thấy tổn thất dọc đờng theo thí nghiệm cơ bản phù hợp với kết quả lý thuyết. - Nguyên nhân gây ra tổn thất dọc đờng là do mát giữa thành ống và chất lỏng chuyển động trong lòng ống đó. IV. Bài thí nghiệm 4: 1. Tóm tắt lý thuyết. Nh đã nêu ở trên tổn thất thuỷ lực bao gồm tổn thất dọc đợng và tổn thất cục bộ. Tổn thất cục bộ đợc xác định nh sau: 2 . 2 c V h g = Trong đó: - hệ số sức cản cục bộ. V- vận tốc trung bình của mặt cắt dòng chảy. g- gia tốc rơI tự do. - Tổn thất cục bộ xảy ra tại nơI có sự thay đổi vận tốc và hớng dòng chảy. - Trong trờng hợp mở rộng đột ngột thì: 2 1 2 (1 ) cm = - Trong trờng hợp đột thu thì: 1 2 0.5(1 ) h = Trong đó 1 , 2 là diện tích mặt cắt tại hai mặt cắt 1-1 và 2-2. 2. Xác định tổn thất thuỷ lực cục bộ Kết quả thí nghiệm tổn thất cục bộ Qua thí nghiệm và tính toán các số liệu ta có bảng kết quả thí nghiệm nh sau: tt H 1 h i Q i v 1 v 2 h dm h dm TN cm h dt h dt TN ct Ghi chú (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) 1 2 3 12.6 12.5 12.4 2.6 2.5 2.4 44.5 44 43.5 39.4 39. 38.5 22.2 22 21.6 0.5 0.3 0.2 5.3 5 4.6 0.22 0.2 1.86 1.8 1.3 1 50 49.5 48 0.64 0.63 0.61 Theo công thức lý thuyết ta có: cm = ( 1 - 2 1 2 2 d d ) 2 = ( 1 - 2 2 6.1 2.1 ) 2 = 0.19 ct = ( 1 - 2 2 2 1 d d ) 2 = ( 1 - 2 2 2.1 6.1 ) 2 = 0.6 Nhận xét đánh giá: 1. Từ kết quả thực tế thí nghiệm và kết quả tính theo lý thuyết ta nhận thấy: Kết quả thực tế thí nghiệm xác với kết quả tính toán theo lý thuyết. 2. Tuy nhiên giữa hai kết quả còn có sai số do trong quá trình thí nghiệm học viên đọc kết quả trên các thiết bị còn cha chính xác. Ngoài ra còn tồn tại sai số của thiết bị cũng một phần gây ra sai số trong quá trình thí nghiệm. 3. Nguyên nhân gây ra tổn thất cục bộ: Dòng chảy bị thay đổi vận tốc và h- ớng.