Ответы к контрольным вопросам к лабам по гидромеханике. Контрольные вопросы к лабораторной работе 1. "Определение основных характеристик потока"

• Название: Контрольные вопросы к лабораторной работе 1. "Определение основных характеристик потока"
• Анкор: Ответы к контрольным вопросам к лабам по гидромеханике.doc
• Дата: 22.04.2017
• Размер: 188 Kb.
• Имя файла: Ответы к контрольным вопросам к лабам по гидромеханике.doc
• Тип: Контрольные вопросы; #4937
• Категория: Механика

Выполнил: студент группы 04-СУ-2 КСФ Калинин П. А.
Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №1.

"Определение основных характеристик потока".

1. 
   Вопрос: Дайте определение вязкости жидкости.
   

О.: Вязкость – это свойство жидкости сопротивляться деформации сдвига, т. е. относительному смещению ее слоев.

2. 
   В: Назовите характеристики вязкости, их размерность и связь между ними.
   

О: Характеристиками вязкости являются динамический  и кинематический  коэффициенты, которые связаны между собой соотношением: где ρ – плотность жидкости. Единицей динамического коэффициента вязкости является Па·с, а кинематического коэффициента – м²/с.

3. 
   В: Как изменяется вязкость капельных жидкостей и газов при изменении температуры и давления.
   

О: При повышении температуры вязкость капельной жидкости уменьшается, а вязкость газов увеличивается. Вязкость жидкости зависит также от давления, но эта зависимость заметно проявляется при больших изменениях давления.

4. 
   В: Что называется расходом жидкости и каковы единицы его измерения?
   

О: Расходом называется количество жидкости, протекающее через незамкнутую поверхность в единицу времени. Если это количество измеряется в единицах объема, то расход называется объемным и измеряется в м³/с или в л/с.

5. 
   В: Дайте определение средней скорости потока.
   

О: Средняя скорость потока – это такая условная, постоянная для всех точек сечения скорость v_ср , при которой расход жидкости через это сечение будет таким же, как и при действительном распределении скоростей частиц жидкости в данном сечении.

6. 
   В: Какое различие между установившимся и неустановившимся движением жидкости?
   

О: Установившимся называют такое движение, при котором скорости частиц жидкости в любой точке пространства не изменяются во времени. При неустановившемся движении скорости частиц в точках пространства изменяются во времени.

7. 
   В: В чем состоит отличие ламинарного режима от турбулентного?
   

О: При ламинарном режиме частицы жидкости движутся упорядоченно, образуя слоистое течение. При турбулентном режиме частицы, наряду с основным движением по некоторому преимущественному направлению, перемещаются из слоя в слой (происходит перемешивание частиц), их мгновенные скорости резко изменяются по величине и направлению.

8. 
   В: Перечислите факторы, от которых зависит режим течения жидкости.
   

О: На режим движения жидкости оказывают влияние следующие факторы: вязкость жидкости  , плотность ρ, характерный линейный размер потока l и средняя скорость v_ср .

9. 
   В: В чем смысл числа Рейнольдса?
   

О: Число Рейнольдса является критерием, определяющим режим движения жидкости.

10. 
    В: Какова связь между полным, статическим и динамическим давлением?
    

О: Динамическое давление есть разность полного и статического давлений.

11. 
    B: Как связано динамическое давление со скоростью напора?
    

О: Динамическое давление пропорционально квадрату скорости напора.

12. 
    В: Каковы причины неравномерного распределения скорости в поперечном сечении потока реальной жидкости?
    

О: Вблизи стенок канала, вследствие вязкости, жидкость движется медленнее, чем на удалении. На самой стенке скорость равна нулю, т. е. частицы прилипают. Закон распределения скоростей зависит от режима движения жидкости.

13. 
    В: Что представляет собой коэффициент кинетической энергии (коэф-нт Кориолиса)?
    

О: Коэффициент кинетической энергии представляет собой отношение кинетической энергии в сечении потока при истинных скоростях v к кинетической энергии в том же сечении, вычисленной по средней скорости v_ср.

Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №2.

"Экспериментальная иллюстрация уравнения Бернулли".

1. 
   Вопрос: Перечислите формы механической энергии движущейся жидкости.
   

Ответ: Механическая энергия движущейся жидкости может иметь три формы:

• 
  потенциальную энергию положения ;
  
• 
  потенциальную энергию давления ;
  
• 
  кинетическую энергию
  

2. 
   В: Дайте определение удельной энергии жидкости и напора.
   

О: Удельная энергия (напор) – это энергия, отнесенная к единице веса жидкости.

3. 
   В: В чем отличие в записи уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной и реальной жидкости.
   

О: При описании потока реальной жидкости скорости берутся средними по сечениям, в связи с чем вводится поправочный коэффициент α.

4. 
   В: Энергетический и геометрический смысл уравнения Бернулли и входящих в него членов.
   

О: Запишем уравнение Бернулли в двух видах

1.

Здесь – удельная кинетическая энергия,

– удельная потенциальная энергия положения, энергетический смысл.

– удельная потенциальная энергия положения.

– полная удельная энергия потока.
2.

Здесь – скоростной напор,

– геометрический напор, геометрический смысл.

– пьезометрический напор.

– полный гидродинамический напор.

5. 
   В: Физический смысл коэффициента кинетической энергии α.
   

О: Коэффициент кинетической энергии α учитывает влияние неравномерности распределения скоростей по живому сечению потока на его кинетическую энергию.

6. 
   В: Что представляет собой напорная и пьезометрическая линия?
   

О: Напорная линия – это линия, ординаты которой относительно плоскости сравнения равны полному напору H.

Пьезометрическая линия ­– линия, ординаты которой равны величине потенциального напора

7. 
   В: Какой характер имеет напорная линия для потока идеальной и реальной жидкости?.
   

О: Для идеальной жидкости линия полного напора будет параллельна плоскости сравнения. Для реальной жидкости эта линия всегда понижается по течению, поскольку при преодолении гидравлических сопротивлений происходит потеря напора.

8. 
   В: Как можно измерить полный, пьезометрический, скоростной напор жидкости?
   

О: Полный напор может быть определен с помощью трубки Пито. Пьезометрический напор измеряется высотой столба жидкости в пьезометре, подключенном к рассматриваемому сечению. Разность показаний трубки Пито и пьезометра, установленных в одном и том же сечении потока, равна местному скоростному напору.

Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №4.

«Определение коэффициентов гидравлического трения

трубопровода и коэффициентов местных потерь напора».

1. 
   Вопрос: Что называется потерей напора на преодолении гидравлических сопротивлений?
   

Ответ: Потерей напора называется уменьшение полной удельной энергии на участке между двумя сечениями потока.

2. 
   В.: Назовите два вида потерь напора.
   

О.: Различают два вида гидравлических потерь: потери напора на трение по длине и местные потери напора.

3. 
   В.: Напишите формулу для определение потерь напора на трение по длине.
   

О.:



где λ – безразмерный коэффициент гидравлического трения,

l – длина участка трубы, на котором определяются потери напора,

d – внутренний диаметр трубы,

v – средняя скорость потока,

g – ускорение свободного падения.

4. 
   В.: Отчего зависит коэффициент гидравлического трения λ в общем случае?
   

О.: Коэффициент λ в общем случае зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок трубы.

5. 
   В.: Дать определение эквивалентной шероховатости.
   

О.: Эквивалентная шероховатость это равномерно-зернистая шероховатость, которая по, гидравлическому сопротивлению равноценна естественной абсолютной шероховатости.

6. 
   В. Какие существуют зоны сопротивления при движении жидкости в трубах? От чего зависит коэффициент λ в каждой зоне?
   

О.:

Зона 1 вязкостного сопротивления	Зона 2 гидравлически гладких труб	Зона 3 доквадратичного сопротивления	Зона 4 квадратичного сопротивления

7. 
   В. Какой степени скорости пропорциональна потеря напора по длине для различных зон сопротивления?
   

О.:

Зона 1 вязкостного сопротивления	Зона 2 гидравлически гладких труб	Зона 3 доквадратичного сопротивления	Зона 4 квадратичного сопротивления
hдл V	hдл V1,75	hдл V(1,75÷2,0)	hдл V2

8. 
   В. Чем объясняется возрастание гидравлического сопротивления при переходе от ламинарного режима к турбулентному?
   

О.: Переход потока в турбулентный режим приводит к сильному возрастанию сопротивления, что связано с увеличением напряжений трения. При этом основная часть сопротивления создается так называемыми турбулентными, касательными напряжениями, возникающими из-за поперечных перемещений (беспорядочного перемешивания) частиц жидкости.

9. 
   В. От чего зависит степень влияния шероховатости труб на гидравлическое сопротивление при турбулентном режиме?
   

О.: Степень влияния шероховатости стенок трубы на гидравлическое сопротивление при турбулентном режиме зависит от соотношения толщины ламинарного подслоя 8Л и абсолютной шероховатости Д. По характеру этого влияния различают три зоны турбулентного режима.

10. 
    В. Почему формула Альтшуля называется универсальной? Для каких зон сопротивления она применима?
    

О.: Формула Альтшуля является универсальной т.к. она учитывает влияние и шероховатости, и числа Рейнольдса. Она применима для зон турбулентного движения – 2, 3, 4.

11. 
    В. Напишите формулу для определения местных потерь напора.
    

О.:

12. 
    В. От чего зависит коэффициент местного сопротивления ζ_м при ламинарном и турбулентном движении?
    

О.: Величина коэффициента в ζ_м общем случае зависит от конфигурации местного сопротивления, режима движения жидкости и числа Рейнольдса. В турбулентных потоках при достаточно больших значениях числа Re влияние последнего на коэффициенты ζ_м незначительно, поэтому в практических расчетах при турбулентном режиме их значения считают зависящими только от вида местного сопротивления и независящими от Re.

В области ламинарного течения коэффициенты ζ_м зависят и от геометрической формы местного сопротивления, и от числа Re.

13. 
    В. Дайте определение эквивалентной длины местного сопротивления.
    

О.: Эквивалентная длина - длина прямого участка трубопровода, на которой потеря напора на трение h_дл равна местной потере напора h_м, вызываемой данным местным сопротивлением.

14. 
    В. Как определяются потери напора опытным путем?
    

О.: Экспериментально потери напора на трение по длине в трубопроводе постоянного диаметра можно определить непосредственно по показанию дифференциального манометра, подключенного к соответствующим сечениям:

постоянное сечение

переменное сечение

Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №6.

«Определение коэффициентов истечения жидкости через отверстия и насадки»

1. 
   Вопрос: Что называется насадком? Назовите основные типы насадков.
   

Ответ: Насадок- короткий патрубок, присоединённый к отверстию стенки резервуара с целью получения определенных гидравлических параметров. Типы – цилиндрический, конический сходящийся, конический расходящийся, коноидальный.

2. 
   В.: Назовите признаки, характеризующие малое отверстие в тонкой стенке
   

О.:

1. 
   отверстие мало ;
   
2. 
   стенка либо тонка, либо имеет острую кромку. Т.е. пренебрегаем потерями по длине;
   
3. 
   отверстие достаточно удалено от свободной поверхности и боковых стенок так, что струйки подтекают к отверстию свободно и симметрично;
   
1. 
   В.: Какова причина сжатия струи при истечении?
   

О.: Причина сжатия струи является инерционность жидкости, которой обусловлено плавное изменение формы траекторий частиц при выходе из отверстия.

4. 
   В.: Коэффициенты сжатия, скорости и расхода, их физический смысл. Как связаны между собой эти коэффициенты?
   

О.:

1. 
   коэффициент сжатия ε – отношение площади S_c сжатого сечения струи после выхода её из отверстия к площади S отверстия:
   

;

2. 
   коэффициент скорости φ – отношение действительной скорости v, в сжатом сечении струи, к скорости v_ид истечения идеальной жидкости:
   

;

3. 
   коэффициент расхода μ – отношение действительного расхода Qк теоретическому Q_т ():
   

;

5. 
   В.: Напишите формулы для расчета скорости и расхода при истечении.
   

О.: формула для расчета скорости:

,

формула для расчета расхода:

;

6. 
   В.: Как определить действующий напор при истечении?
   

О.:

7. 
   В.: Какое сжатие называется совершенным, несовершенным, полным, неполным? Каково соотношение между коэффициентами сжатия струи для этих случаев?
   

О.: Совершенным называется сжатие, возникающее когда боковые стенки и дно практически не влияют на степень сжатия струи. Если это условие не выполняется, то сжатие называется несовершенным (ε_несо> ε_совер). Полным называется сжатие струи по всему периметру отверстия. Неполное сжатие – часть периметра отверстия совпадает с боковой стенкой или дном сосуда (ε_неполн> ε_полн).

8. 
   В.: Почему при истечении через внешний цилиндрический насадок коэффициент скорости меньше, а коэффициент расхода больше, чем при истечении через отверстие?
   

О.: Насадок уменьшает скорость истечения. Это объясняется большим гидравлическим сопротивлением насадка, в котором кроме потери напора на сужение струи дополнительно появляется потеря на расширение струи после сжатого сечения и потеря на трение по длине. Расход через насадок больше, чем при истечении из отверстия (μ_н>μ_отв). Это обусловлено явлением подсоса жидкости насадком из резервуара.

9. 
   В.: Что называется критическим напором для цилиндрического насадка? От чего зависит его величина?
   

О.: Критическим напором насадка H_кр называется напор, при котором происходит: изменение режима истечения (интенсивное выделение паровоздушных пузырьков при кавитации приводит к отрыву струи от стенок насадка и истечение через насадок сменяется истечением через отверстие). Его величина зависит от температуры воды и величины атмосферного давления.

10. 
    В.: Особенности истечения через насадки различных типов.
    

О.:

1. 
   цилиндрический насадок: струя при входе в насадок сжимается, затем постепенно расширяется так, что на выходе приобретает площадь поперечного сечения насадка. ε=1, а μ=φ;
   
2. 
   конический сходящийся насадок: кроме явления внутреннего сжатия при входе в, происходит второе сжатие на выходе, расширение струи отсутствует. Коэффициенты зависят от угла конусности θ, максимальные значения наблюдаются при θ=13⁰. ε=0,98, μ=0,94, а φ=0,96 (на выходе образуется гладкая струя, летящая без распыления);
   
3. 
   конический расходящийся насадок: струя, при входе, испытывает внутренне сжатие, затем сильное расширение и заполняет всё сечение. При θ<8⁰ насадок перестаёт работать в полном сечении (ε=1, μ=φ=0,45);
   
4. 
   коноидальный насадок: обеспечивает безотрывность течение внутри насадка и параллельно струйность входном сечении. Минимальное по сравнению с другими насадками гидравлическое сопротивление (ε=1, μ=φ=0,97).
   
5. 
   
   
1. 
   В.: Как экспериментально определяются коэффициенты истечения?
   

О.: Коэффициенты истечения экспериментально определяются по формулам:

,

,

.

Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №6.

«Определение сопротивления движению судна методом модельных испытаний»

1. 
   Вопрос: Порядок проведения опыта и его цель.
   

Ответ: Целью данной работы является получения графической зависимости сопротивления движению модели судна от скорости её движения методом буксировочных испытаний в опытовом бассейне.

Порядок выполнения работы: проводим испытания модели при 8-10 значениях буксировачного груза при буксировки модели устройством динамометрического типа. Перед началом опытов проводится градуировка датчика силыь (специальным грдуировачным устройством). По результатам замеров строятся градуировачные графики для каждого датчика.

2. 
   В.: Понятие о градуировочных коэффициентах K_p и K_V.
   

О.: Коэффициенты K_R и K_V служат для градуировки датчика силы и датчика скорости (тахогенератора). Коэффициенты можно определить по формулам:

,

, где

n – число нагружений,

P_i – величина нагрузки i-го нагружения (Н),

V_i – значения скорости i-го прогона модели (^м/_с)

U_i – выходное напряжение (Вольт).

3. 
   В.: Моделирование сопротивление воды движению судна, основные критерии моделирования.
   

О.: Моделирование является наиболее надежным методом определения сопротивления воды движению судов. Для определения сопротивления необходимо провести буксировочные испытания модели судна, потом пересчитать результаты модельных испытаний оп той или иной методике на натурное судно. Для достижения полного г.д. подобия должны быть выполнены следующие условия:

1. 
   Геометрическое подобие модели и судна;
   
2. 
   Равенство чисел Рейнольдса для модели и судна (условие подобия сил вязкости);
   
3. 
   Равенство чисел Фруда для модели и судна (условие подобия сил тяжести).
   

4. 
   В.: Оборудование бассейнов, предназначенных для исследования ходкости судов.
   

О.: Буксировочная тележка, привод буксировочной тележки, датчик скорости, датчик силы, самописец, модель судна.

Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №6.

«Исследование гидродинамических характеристик пластины при глиссировании»

(вопросы были утеряны)
1) Ответ: Глиссированием называется скольжение тел по поверхности жидкости, которое происходит при их движении с большой скоростью. При этом тело практически полностью поддерживается гидродинамическими силами, а влиянием силы Архимеда можно пренебречь.
2) О.: Параметром, характеризующим степень развития гидродинамических сил, является число Фруда по водоизмещению:



3) О.: Гидродинамическая реакция R, возникающая на глиссирующей пластине может быть представлена компонентами R_x – сила сопротивления, и R_y – подъемная сила. Связь:



где R_ – результирующая касательных напряжений, т. е. – сила трения, действующая в вязкой жидкости.

R_тр = R_ /cosα – сила сопротивления трения.

R_y tgα – часть силы сопротивления, вызванная давлением, действующим по нижней поверхности пластины.
4) О.: Т. к. смоченная поверхность пластины не остается постоянной, то момент М реакции R при глиссировании рассчитывают относительно задней кромки пластины.
5) О.: При изучении глиссирования необходимо иметь некоторый постоянный размер. В качестве такого размера часто используют полную ширину:



где _В = L/B – относительное удлинение пластины.
6) О.: При обработке результатов испытаний в опытовых бассейнах плоских и профилированных глиссирующих поверхностей пользуются безразмерными характеристиками m_D и _В .

Кроме того применяют

- гидродинамическое качество
- коэффициент динамической нагрузки
- относительная центровка глиссирующей пластины

7) О.: Для благоприятных условий возникновения гидродинамической подъемной силы днище корпуса должно быть плоским или плоскокилеватым и иметь некоторый подъем от кормы к носу. для обеспечения срыва обтекающих днище струй воды бортовая скула должна быть острой, а кромка – обрезной (транцевой), кроме того, как правило, их делают с реданами. Редан – это уступ на днище, образующий несущую поверхность и отсекающий струи воды от той части днища, которая расположена за реданом.