Учебное пособие 800407
.pdf41
Р = 1,2 РН . Две заданные точки характеристики предохранительного клапана можно соединить прямой линией. В качестве рабочей жидкости принять масло “Индустриальное 30” при Т = 60 О С , кинематический коэффициент вязкости которого = 0,21 Ст, а плот-
ность при Т = 50 О С составляет = 901 кг / м3 . Коэффициент тем- |
|
пературного расширения рабочей жидкости принять |
0,0007 |
1/О С. Суммарный коэффициент местных гидропотерь в гидросис-
теме принять |
20, потери давления в распределителе 2 состав- |
ляют РР |
0,3 МПа. Разводка гидролиний между агрегатами вы- |
полнена стальными трубами с эквивалентной шероховатостью Э =
0,01мкм, диаметром d и длиной L = 1,9 м. Коэффициент расхода ра-
бочей |
жидкости при истечении ее через дроссель |
3 принять |
|||
ДР |
0,8 . Другие исходные данные для расчета приведены в табл. |
||||
|
|
|
|
|
|
11. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 11 |
|
|
Исходные данные для расчета к задаче 1.9 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
№№ |
|
П а р а м е т р ы |
|
||
|
|
|
|
|
|
вар. |
QН , л/мин |
DП , мм |
d, мм |
|
S, мм2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
15 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
3. |
|
225 |
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
18 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
42
6. |
35 |
|
|
60 |
|
|
|
|
|
7. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
8. |
|
|
15 |
50 |
|
|
|
|
|
9. |
|
250 |
|
60 |
|
|
|
|
|
10. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
11. |
|
|
18 |
50 |
|
|
|
|
|
12. |
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 11 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
13. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
14. |
|
|
15 |
50 |
|
|
|
|
|
15. |
|
225 |
|
60 |
|
|
|
|
|
16. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
17. |
|
|
18 |
50 |
|
|
|
|
|
18. |
50 |
|
|
60 |
|
|
|
|
|
19. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
20. |
|
|
15 |
50 |
|
|
|
|
|
21. |
|
250 |
|
60 |
|
|
|
|
|
22. |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
23. |
|
|
18 |
50 |
|
|
|
|
|
24. |
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
43
Целью лабораторного практикума является наглядное изучение закономерностей движения рабочих сред в устройствах, магистра-
лях и специальных технологических системах, а также рабочих ха-
рактеристик объемных гидравлических приводов. При этом экспе-
риментальные лабораторные исследования включают в себя изме-
рения простейших физических параметров, таких как время, темпе-
ратура, избыточное давление жидкости и т.п. в достаточно узком диапазоне их изменения при помощи стандартных измерительных приборов, что не требует специальных навыков и не вызывает за-
труднений. С другой стороны, взаимосвязи измеряемых параметров наглядно иллюстрируют основные физические закономерности по-
ведения рабочих сред в технологических системах и способствуют наилучшему усвоению изучаемого материала. Указанные особенно-
сти создают условия для успешного достижения целей и задач ла-
бораторного практикума с помощью его компьютерного моделиро-
вания, исключающего проведение простейших технических изме-
рений и дающего наглядное представление о поведении и основных характеристиках рабочих сред в технических устройствах.
2.1. Исследование вязкости жидкости
Цель работы - изучение зависимости кинематического коэффи-
циента вязкости капельных жидкостей от их температуры.
Содержание работы - определение кинематического коэффици-
ента вязкости нефтепродуктов при помощи вискозиметра Энглера.
44
2.1.1. Физические свойства
Вязкость динамическая (сопротивление сдвигу) - основное свойство реальных жидкостей, заключающееся в том, что при вза-
имном относительном перемещении слоев жидкости с определен-
ной скоростью возникает сила сопротивления их относительному смещению. Жидкости, у которых сопротивление сдвигу прямо про-
порционально скорости скольжения, называют ньютоновскими или капельными, все остальные - неньютоновскими. При этом сила со-
противления сдвигу называется силой внутреннего трения. При прямолинейном ламинарном (слоистом) движении сила внутренне-
го трения между смещающимися один относительно другого слоя-
ми выражается формулой И.Ньютона (1687 г.), экспериментально
подтвержденной Н. П. Петровым (1883 г.): |
|
F = S (dU/dh), |
( 2.1 ) |
где S - площадь слоя, по которому происходит сдвиг; (dU/dh) - по-
перечный градиент скорости движения, выражающий скорость уг-
ловой деформации при сдвиге ( скорость сдвига); - динамический коэффициент вязкости, количественно характеризующий сопротив-
ление жидкости смещению ее слоев. Знак выбирается в зависимо-
сти от знака градиента скорости так, чтобы сила F была положи-
тельной.
Величина = 1/ называется текучестью.
Согласно формуле (2.1) динамический коэффициент вязкости численно равен приведенной на единицу площади тангенциальной силе = F/S, необходимой для поддержания разности скоростей,
равной единице, между двумя параллельными слоями жидкости,
расстояние между которыми равно единице. Из этого определения
45
следует, что в Международной системе единиц СИ величина |
име- |
||
ет размерность |
Н с / м2 , а в системе СГС - дин с / см2 = |
П (пуаз). В |
|
технической системе единиц имеет размерность - кгс |
с / м2 . Соот- |
||
ношение между указанными единицами измерения величины |
: |
||
1Па с = 0,102 кгс с / м2 = 10 П (пуаз). |
|
|
|
Зависимость |
от давления проявляется только при увеличении |
давления свыше 10-15 МПа, причем вязкость с повышением давле-
ния увеличивается.
Зависимость динамического коэффициента вязкости от темпера-
туры в большинстве случаев определяется по эмпирическим форму-
лам. Так , для чистой пресной воды пользуются формулой Пуазейля
= (0.0178 |
)/(1 + 0.0337Т + 0.000221 2 ), П, |
||||
где - плотность воды в г / см3 |
при температуре Т С. |
||||
Для воздуха зависимость |
|
от Т можно определить по формуле |
|||
Милликена: |
|
|
|
|
|
= |
(1,745 10 6 |
+ |
5,03 10 9 Т ), кгс с / м2 . |
||
В практических расчетах часто пользуются |
кинематическим ко- |
||||
эффициентом вязкости |
= |
/ |
- отношение динамического коэф- |
||
фициента вязкости |
к плотности жидкости |
, который назван так |
потому, что в его размерности отсутствуют единицы силы.
Размерность кинематического коэффициента вязкости в Между-
народной системе единиц СИ - м2 / с , а в системе единиц СГС -
см2 / с (Ст - стокс). Соотношение между указанными единицами измерения величины представляются в виде:
1м2 / с = 1 104 Ст = 1 106 сСт (сантистокс).
46
Согласно определению кинематического коэффициента вязкости
физический смысл - работа, которую необходимо совершить при
относительном движении слоев жидкости для единицы массового расхода. Величина зависит только от физических свойств жидко-
сти и не зависит от условий ее движения.
Динамический и кинематический коэффициенты вязкости опре-
деляют экспериментальным путем при помощи вискозиметров раз-
ных типов и конструкций. Наиболее распространены вискозиметры капиллярные, ротационные, с падающим шариком, ультразвуковые,
позволяющие выразить результаты измерений в единицах динами-
ческого и кинематического коэффициентов вязкости. Кинематиче-
скую вязкость нефтепродуктов определяют по ГОСТ 33-66 (переиз-
дание 1978 г.) при помощи капиллярных вискозиметров ВПЖ-1,
ВПЖ-2, ВПЖ-4, ВНЖ и ВПЖМ по ГОСТ 10028-67 и вискозиметров
Пинкевича для ньютоновских жидкостей с вязкостью от 0,6 до
30000 сСт. При испытаниях измеряют время течения нефтепродук-
та между специальными метками при заданной температуре. Если невозможно определить вязкость по ГОСТ 33-66, используют ус-
ловные единицы вязкости: градусы ВУ по ГОСТ 6258-52 - отно-
шение времени истечения нефтепродукта при температуре испыта-
ния ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при
20 С. За рубежом в качестве условных единиц вязкости использу-
ются: секунды Сейболта-Универсал (США), секунды Редвуда |
1 |
(Англия), градусы Энглера (последние практически совпадают с градусами ВУ). Так, например, с помощью вискозиметров типа ВУ
(Энглера), предназначенных для исследования нефтепродуктов,
вязкость выражают в градусах Энглера - отношение времени исте-
47
чения t исследуемой жидкости через калиброванный капилляр ко времени истечения tв такого же объема дистиллированной воды при
20 С (293 К), т.е. |
|
Е = t / tв . |
( 2.2 ) |
Кинематический коэффициент вязкости жидкости на основании измерений вискозиметром Энглера определяется при помощи эм-
пирической формулы Убеллоде: |
|
= 0.0731 Е - 0.0631 / Е , Ст. |
( 2.3 ) |
Следует иметь в виду, что формула (2.3) не находится в полном соответствии с экспериментом, что объясняется отсутствием точной теории вискозиметра.
2.1.2. Методика выполнения эксперимента на вискозиметре Энглера
Для определения кинематического коэффициента вязкости в ла-
бо-
48
раторной работе используется вискозиметр Энглера, состоящий из двух концентрично расположенных резервуаров (см.рис. 15). В ци-
линдрический резервуар 1 заливается жидкость (вода или нефте-
продукт ), температура которой может изменяться с помощью водя-
ной ванны 2 и фиксироваться термометром 5. При заданной темпе-
ратуре с помощью запорной иглы 4 открывается сопло 3, располо-
женное в центре резервуара 1 и обеспечивающее истечение жидко-
сти, время которого фиксируется секундомером. По известному времени истечения жидкости при различных температурах подсчи-
тывается величина градуса Энглера, а затем и величина кинемати-
ческого коэффициента вязкости.
Рис. 15. Вискозиметр Энглера
2.1.3. Порядок выполнения работы на вискозиметре Энглера
1. Установить платформу с вискозиметром строго горизонтально.
49
2.Резервуар вискозиметра заполнить водой объемом 100 мл - до риски на его внутренней поверхности .
3.С помощью водяной ванны довести температуру воды в виско-
зиметре до 20 С (293 К). Открыть запорную иглу и зафиксировать с
помощью секундомера время истечения воды tв. Опыт повторить
три раза.
4.Заполнить вновь резервуар вискозиметра нефтепродуктом объемом 100 мл - до риски на его внутренней поверхности.
5.Измерить начальную температуру нефтепродукта и зафикси-
ровать время его истечения t из резервуара вискозиметра. Опыт по-
вторить три раза.
6. Вновь заполнить резервуар вискозиметра нефтепродуктом объемом 100 мл (как указано в п.4) и с помощью водяной ванны довести температуру исследуемой жидкости до заданной (на 15 гра-
дусов выше начальной). Определить время истечения нагретого нефтепродукта. Опыт повторить три раза.
7. Вновь заполнить резервуар вискозиметра нефтепродуктом объемом 100 мл (как указано в п.4) и с помощью водяной ванны до-
вести температуру нефтепродукта до заданной (на 15 градусов вы-
ше, чем в предыдущем опыте). Определить время истечения нефте-
продукта. Опыт повторить три раза.
8. По формулам (2.2) и (2.3) вычислить величины градусов Энг-
лера и кинематического коэффициента вязкости нефтепродукта при различных температурах.
2.1.4. Порядок выполнения работы на ПЭВМ
50
1. Подключить системный блок и монитор компьютера к электро-
сети. Произвести начальную загрузку операционной системы MS-
DOS.
2. Вставить гибкий магнитный диск (дискету) с файлами лабора-
торных работ в дисковод системного блока (программное обеспече-
ние работ приведено в приложениях 1- 8).
3. Путем последовательного нажатия клавиш « А : ENTER » пе-
рейти в корневой каталог дискеты, переключить клавиатуру на рус-
ский алфавит (одновременное нажатие клавиш Ctrl и Shift) и на-
брать с клавиатуры слово «бейсик».
4. Нажатием клавиши ENTER запустить программу Q BASIC,
очистить окно справки (нажатием на клавишу Esc) и путем нажатия клавиши Alt войти в меню программы Q BASIC.
5. При помощи клавиши ← подвести курсор к разделу «Файл» и
нажать на клавишу ENTER . В образовавшемся окне с помощью клавиши ↓ подвести курсор к разделу «открыть» и нажатием на клавишу ENTER войти в меню файлов Q BASIC.
6. Нажатием клавиши Tab переместить курсор в меню файлов
Q BASIC и при помощи клавиши ↓ установить его на разделе Л.р.
1.
7.Нажимая клавишу ENTER войти в файл программы Л.р. 1. bas.
8.Для запуска программы Л.р. 1. bas одновременно нажмите кла-
виши Shift и F5. На экране монитора откроется окно, содержащее информацию в соответствии с рис. 16.
9. За знаком ? на местах мигающих курсоров в соответствии со списком (см.рис.16) введите с клавиатуры по указанию преподава-
теля номер и температуру исследуемой рабочей жидкости.