RU2339084C1 - Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view - Google Patents
Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339084C1 RU2339084C1 RU2007124041/28A RU2007124041A RU2339084C1 RU 2339084 C1 RU2339084 C1 RU 2339084C1 RU 2007124041/28 A RU2007124041/28 A RU 2007124041/28A RU 2007124041 A RU2007124041 A RU 2007124041A RU 2339084 C1 RU2339084 C1 RU 2339084C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- piezometers
- section
- mounting surface
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для демонстрационно-практического обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам, а более конкретно для демонстрационно-практического изучения основных гидродинамических процессов при изучении критерия Рейнольдца, режимов преобразования форм энергии потока жидкости (уравнение Бернулли), примеров практического применения уравнения Бернулли - расходомер Вентури, гидравлических сопротивлений с построением виртуальных гидравлических схем, измерением гидравлических параметров и одновременным построением графических зависимостей на мониторе персонального компьютера и копированием на жестких носителях информации.The invention relates to special equipment intended for demonstration and practical training of university students and technical colleges in technical disciplines, and more specifically for demonstration and practical study of the main hydrodynamic processes in the study of the Reynolds criterion, modes of transformation of the forms of energy of a fluid flow (Bernoulli equation), examples of practical application of the equation Bernoulli - a flowmeter of Venturi, hydraulic resistance with the construction of virtual hydraulic circuits, measurement hydraulic parameters and the simultaneous construction of graphical dependencies on a personal computer monitor and copying on hard data carriers.
Известен стенд гидравлический универсальный ТМЖ-2 для изучения гидродинамических процессов в вузе [1]. Стенд выполнен из одного стола, имеющего горизонтальную установочную поверхность, на которой размещено одно из нескольких сменных устройств - модулей, например для определения гидравлического сопротивления, выполненное из металлических труб, а на вертикальной поверхности, прикрепленной к заднему краю горизонтальной установочной поверхности, расположено несколько стеклянных трубок (пьезометров) для визуального наблюдения перепадов давления в различных сечениях круглых, металлических труб, соединенных между собой последовательно. Кроме того, на вертикальной поверхности прикреплено несколько поплавковых ротаметров, позволяющих измерять расход протекающей в трубах жидкости, подаваемой центробежным насосом, размещенным под горизонтальной поверхностью.The well-known hydraulic universal bench ТМЖ-2 for studying hydrodynamic processes in a university [1]. The stand is made of one table having a horizontal mounting surface, on which one of several interchangeable devices - modules, for example, for determining hydraulic resistance, made of metal pipes, is placed, and several glass tubes are located on a vertical surface attached to the rear edge of the horizontal mounting surface (piezometers) for visual observation of pressure drops in various sections of round, metal pipes interconnected in series. In addition, several float rotameters are attached to the vertical surface, which make it possible to measure the flow rate of the fluid flowing in the pipes supplied by a centrifugal pump placed under the horizontal surface.
Недостатком такого стенда является то, что все изменения параметров изучаемых гидродинамических процессов, проводимых на известном стенде, могут регистрироваться только визуально и далее по полученным данным подвергаться математической обработке по известным формулам. Кроме того, при изучении режимов движения жидкости (определение критерия Рейнольдса) сменный модуль (прозрачная стеклянная труба) расположен горизонтально, что при введении цветного трассера в поток жидкости из-за разности удельного веса исследуемой и подкрашенной жидкостей происходит оседание и размывание трассера, приводящее к искажению исследуемого процесса. Для измерения расхода жидкости используются поплавковые ротаметры, которые не могут обеспечить достаточной точности, а регистрация показаний может вестись только визуально. При изучении уравнения Бернулли нет возможности наглядно показать студенту энергетические затраты в потоке.The disadvantage of such a stand is that all changes in the parameters of the studied hydrodynamic processes carried out at a well-known stand can be recorded only visually and then mathematically processed according to known formulas using the data obtained. In addition, when studying the modes of fluid movement (determination of the Reynolds criterion), the replaceable module (transparent glass tube) is located horizontally, that when a color tracer is introduced into the fluid flow, due to the difference in the specific gravity of the studied and tinted liquids, the tracer settles and erodes, leading to distortion the investigated process. To measure the flow rate of the liquid, float rotameters are used, which cannot provide sufficient accuracy, and the recording of readings can be done only visually. When studying the Bernoulli equation, there is no way to visually show the student the energy costs in the stream.
Известен лабораторный стенд по изучению гидродинамики и теплообмена при течении жидкости в трубах [2]. Стенд предназначен для изучения гидродинамики и теплообмена при течении жидкостей в трубах, методики зондовых измерений в потоках жидкости. Стенд может использоваться в средних и высших технических учебных заведениях на кафедральном, факультетском, институтском уровне. Стенд снабжен аппаратно-программными и инструментальными средствами поддержки и сопровождения учебного процесса и научных исследований.Known laboratory bench for the study of hydrodynamics and heat transfer during fluid flow in pipes [2]. The stand is designed to study hydrodynamics and heat transfer during the flow of liquids in pipes, methods of probe measurements in fluid flows. The stand can be used in secondary and higher technical educational institutions at the department, faculty, institute level. The stand is equipped with hardware-software and instrumental tools to support and support the educational process and scientific research.
Недостатком известного стенда является то, что он не оборудован элементом для изучения режимов преобразования форм энергии потока жидкости (уравнение Бернулли) и так же, как и в [1] нет возможности наглядно показать студенту энергетические затраты в потоке.A disadvantage of the well-known stand is that it is not equipped with an element for studying the modes of transformation of the forms of energy of the fluid flow (Bernoulli equation) and, just as in [1], it is not possible to visually show the student the energy costs in the flow.
Известно учебное оборудование для вузов - стенд «Гидравлика ГД» [3], принятый в качестве прототипа. Стенд выполнен из одного, имеющего вертикальные ножки стола, на горизонтальной поверхности которого размещено устройство, выполненное из стеклянных труб разного диаметра, позволяющее при движении по ним жидкости изучать их гидравлическое сопротивление при различных числах Рейнольдса, а на вертикальной поверхности, прикрепленной к заднему краю горизонтальной поверхности, расположены несколько стеклянных трубок (пьезометров) для визуального наблюдения перепадов давления в различных сечениях круглых, стеклянных труб, соединенных между собой последовательно. Кроме того, на вертикальной поверхности прикреплено несколько поплавковых ротаметров, позволяющих измерять расход протекающей в трубах воды, подаваемой центробежным насосом, размещенным под горизонтальной установочной поверхностью. Стенд, также на вертикальной стенке имеет укрепленную стеклянную воронку для изучения ламинарного и турбулентного режимов течения.Known educational equipment for universities - stand "Hydraulics DG" [3], adopted as a prototype. The stand is made of one having vertical table legs, on a horizontal surface of which there is a device made of glass pipes of different diameters, which allows fluid to study their hydraulic resistance at different Reynolds numbers while moving along them, and on a vertical surface attached to the rear edge of the horizontal surface , several glass tubes (piezometers) are located for visual observation of pressure drops in various sections of round, glass pipes connected between have it consistently. In addition, several float rotameters are attached to the vertical surface, which make it possible to measure the flow rate of water flowing in the pipes supplied by a centrifugal pump placed under the horizontal mounting surface. The stand, also on a vertical wall, has a reinforced glass funnel for studying laminar and turbulent flow regimes.
Недостатком этого стенда является, то, что при исследовании преобразования форм энергии потока жидкости (уравнение Бернулли) использованы датчики для измерения только статического напора, а динамический напор определяется расчетным путем. Кроме того, при исследовании режимов течения жидкости (определения критерия Рейнольдса) воронка, расположенная выше уровня исследуемой жидкости, приводит к тому, что при вводе в поток исследуемой жидкости трассера создает увеличение скорости трассера по отношению к исследуемого потока жидкости. И так же, как и в [1], все измерения параметров, изучаемых студентами гидродинамических процессов, проводимых на известном стенде, могут регистрироваться только визуально и, далее, по полученным данным подвергаться математической обработке. Для измерения расхода жидкости используются поплавковые ротаметры, которые не могут обеспечить достаточной точности, а регистрация показаний может вестись только визуально. При изучении уравнения Бернулли нет возможности наглядно показать студенту энергетические затраты в потоке.The disadvantage of this stand is that in the study of the conversion of energy forms of the fluid flow (Bernoulli equation), sensors were used to measure only the static pressure, and the dynamic pressure is determined by calculation. In addition, when studying the flow regimes of the fluid (determining the Reynolds criterion), a funnel located above the level of the fluid under investigation leads to the fact that when the tracer is introduced into the flow of the investigated fluid, the tracer increases the velocity of the tracer relative to the fluid flow under study. And just as in [1], all measurements of parameters studied by students of hydrodynamic processes carried out at a well-known stand can be registered only visually and, further, according to the data obtained, be subjected to mathematical processing. To measure the flow rate of the liquid, float rotameters are used, which cannot provide sufficient accuracy, and the recording of readings can be done only visually. When studying the Bernoulli equation, there is no way to visually show the student the energy costs in the stream.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности и качества обеспечения измерений на стенде всех необходимых параметров, полученных как с помощью измерительных датчиков, так и на виртуальном образе лабораторного стенда, и обеспечение их сравнения в автоматическом режиме, а также в обеспечении автоматизации измерений всех необходимых параметров, получения необходимых расчетных заданных функциональных зависимостей и вывода на электронные и бумажные носители информации, используемые в виде отчета.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and quality of providing measurements at the bench of all the necessary parameters obtained both with the help of measuring sensors and on a virtual image of the laboratory bench, and ensuring their comparison in automatic mode, as well as providing automation measurements of all necessary parameters, obtaining the necessary calculated predetermined functional dependencies and output to electronic and paper media used in the form of a report.
Это достигается тем, что устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения гидродинамических процессов с измерениями и обработкой результатов в программной среде Lab View, выполненное из стола с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями, из которых на горизонтальной размещены трубчатые элементы стенда, моделирующие движение жидкости по их переменным сечениям, и для изучения ламинарного и турбулентного режимов течения путем введения в поток цветного трассера, а также приборы для измерения расхода жидкости и пьезометры для измерения параметров давления жидкости в различных сечениях трубчатых элементов, при этом для обеспечения циркуляции жидкости по трубчатым элементам под горизонтальной установочной поверхностью размещен насос, заглубленный в емкость, установленной под столом, на полу, при этом устройство комплекса снабжено вторым столом, при этом первый из которых снабжен горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями, на первой из которых размещена металлическая труба U-образной формы с прямолинейным участком заданной длины, с участком поворота трубы на 180° и участком с большим диаметром, предназначенная для изучения линейных и местных гидравлических сопротивлений, и, кроме того, к ее боковой поверхности, на уровне входа и выхода прямолинейного участка, а также на уровне входа и выхода участка поворота трубы, на уровне входа и выхода участка с большим диаметром подключены перпендикулярно патрубки с датчиками для измерения статического и полного напора, с подключенными к ним эластичными трубками, соединенными со своими пьезометрами, выполненными в виде прозрачных трубок, и размещенными на вертикальной установочной поверхности, кроме того, на вертикальной установочной поверхности для изучения явлений, описываемых уравнением Бернулли, размещен наклонный от входного конца к выходному концу трубчатый элемент с прозрачной лицевой стенкой, имеющий прямоугольное внутреннее сечение, при этом его ось относительно горизонтальной поверхности размещена под углом α, равным от 5 до 10°, и его входной конец установлен выше, чем выходной, при этом наклонный элемент выполнен в виде пяти последовательно соединенных и выполненных из одного сплошного материала частей, первой, в виде четырехгранной прямоугольной призмы, которая одним основанием соединена со второй частью, имеющей форму четырехгранной прямоугольной пирамиды, плоская вершина которой жестко соединена с третьей частью в виде четырехгранной прямоугольной призмы с квадратом в сечении, второе основание которой жестко соединено с плоской вершиной четвертой части, точно такой же пирамиды, как вторая часть, основание которой соединено с пятой частью, выполненной в виде четырехгранной прямоугольной призмы, с прямоугольником в сечении и попарно равными противоположными гранями, как и у первой части, при этом, для измерения полного и статического напора на оси потока жидкости во внутренней полости этого элемента, по всей его длине, на входном конце первой части, на середине второй части, в середине третьей части, в середине четвертой части и на выходном конце пятой части перпендикулярно к оси наклонного элемента встроены датчики для измерения полного напора, каждый из которых выполнен из двух трубок, первой, по ходу движения жидкости, для измерения статического напора, выполненной из прямолинейной трубки, рабочий конец которой установлен перпендикулярно потоку и, второй трубки, рабочий конец которой загнут на встречу движения потока жидкости, а нерабочие концы этих трубок соединены эластичными трубками со своими парами пьезометров, выполненных из жестких прозрачных трубок, и жестко установленных на вертикальной установочной поверхности, при этом в промежутке между каждой парой пьезометров жестко установлена метрическая шкала, которая, как и пьезометры, прикреплена к вертикальной установочной поверхности, кроме этого для визуальной фиксации уровня жидкости в трубках каждого пьезометра и для демонстрации величин затрат потенциальной энергии потока жидкости в каждом сечении наклонного элемента для изучения явлений, описываемых уравнением Бернулли, вблизи каждого пъезометра жестко размещены вертикальные стойки с боковыми пазами, в которых подвижно размещены фиксаторы, на которых последовательно и подвижно закреплены два цветных канатика, при этом один из них предназначен для отметки уровня жидкости во всех пьезометрах статического напора, а второй - для отметки уровня жидкости во всех пьезометрах полного напора, а на выходном конце наклонного элемента установлен запорный вентиль, кроме того, для подачи жидкости к трубе U-образной формы и к наклонному элементу на вертикальной установочной поверхности размещен напорный бачок, заполненный жидкостью с помощью насоса, установленного в специальной пластиковой емкости, скрытно размещенной в объеме левой тумбы первого стола, напорный патрубок которого подведен к потолочной части напорного бачка, при этом потолочная часть установлена не ниже верхних концов всех пьезометров, размещенных на вертикальной установочной поверхности, а к днищу напорного бачка прикреплен вертикально расположенный патрубок, нижний конец которого снабжен тройником, один отвод которого подключен к входному концу наклонного элемента, а второй - к входному концу трубы U-образной формы, при этом выходной конец наклонного элемента подключен через запорный вентиль к своему счетчику расхода жидкости, выходной патрубок которого заправлен в специальную пластиковую емкость с насосом, кроме того, к днищу напорного бачка вертикально подключена прозрачная трубка, выполненная из жесткого материала, для изучения ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости (определения критерия Рейнольдса) с вертикальной подачей по ее оси цветного трассера, размещенного в своем бачке, который размещен в полости напорного бачка, и выходной конец которой соединен со своим счетчиком расхода жидкости, выходной патрубок которого соединен со своим запорным вентилем, выходной конец которого соединен с трубой, заправленной в емкость, скрытно размещенной в правой тумбе первого стола, кроме того, на втором двухтумбовом столе на горизонтальной установочной поверхности размещен системный блок персонального компьютера, его монитор, звуковые колонки и устройство многоярусного блока из аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), клавишный блок управления размещен на выдвижной панели, размещенной под горизонтальной установочной поверхностью, в центре второго стола.This is achieved by the fact that the device is a bench-mounted automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes with measurements and processing the results in the Lab View software environment, made of a table with horizontal and vertical mounting surfaces, of which tubular elements of the bench are placed on the horizontal, simulating fluid movement along their variables sections, and for studying the laminar and turbulent flow regimes by introducing a color tracer into the flow, as well as instruments for measuring p liquid gathering and piezometers for measuring parameters of fluid pressure in various sections of tubular elements, while to ensure the circulation of fluid through the tubular elements under the horizontal mounting surface there is a pump buried in a container installed under the table on the floor, while the device of the complex is equipped with a second table, the first of which is equipped with horizontal and vertical mounting surfaces, on the first of which a U-shaped metal pipe with a straight line is placed with a specified length, with a pipe turning section of 180 ° and a section with a large diameter, designed to study linear and local hydraulic resistance, and, in addition, to its lateral surface, at the entrance and exit of the straight section, as well as at the entrance and the outlet of the pipe turning section, at the inlet and outlet of the section with a large diameter, pipes with sensors for measuring static and total pressure are connected perpendicularly, with elastic pipes connected to them connected to their piezometers, In the form of transparent tubes, and placed on a vertical mounting surface, in addition, on a vertical mounting surface for studying the phenomena described by the Bernoulli equation, a tubular element with a transparent front wall inclined from the input end to the output end and having a rectangular inner section is placed, while its axis relative to the horizontal surface is placed at an angle α equal to 5 to 10 °, and its input end is set higher than the output, while the inclined element is made in the form of five therefore, connected and made of one continuous material of parts, the first, in the form of a tetrahedral rectangular prism, which is connected with one base to the second part, having the shape of a tetrahedral rectangular pyramid, the flat top of which is rigidly connected to the third part in the form of a tetrahedral rectangular prism with a square in cross section, the second base of which is rigidly connected to the flat top of the fourth part, of exactly the same pyramid as the second part, the base of which is connected to the fifth part, made in in the form of a tetrahedral rectangular prism, with a rectangle in cross section and equal opposite pairs in pairs, as in the first part, in addition, for measuring the total and static pressure on the axis of the fluid flow in the inner cavity of this element, along its entire length, at the inlet end of the first part , in the middle of the second part, in the middle of the third part, in the middle of the fourth part and at the output end of the fifth part, sensors for measuring the total pressure are built in perpendicular to the axis of the inclined element, each of which is made of two tubes, p a ditch, in the direction of flow of the liquid, for measuring the static pressure made of a straight tube, the working end of which is installed perpendicular to the flow, and a second tube, the working end of which is bent to meet the movement of the fluid flow, and the non-working ends of these tubes are connected by elastic tubes to their pairs of piezometers made of rigid transparent tubes and rigidly mounted on a vertical mounting surface, while in the interval between each pair of piezometers a metric scale is rigidly installed, which like piezometers, it is attached to a vertical mounting surface; in addition, to visually fix the liquid level in the tubes of each piezometer and to demonstrate the potential energy costs of the liquid flow in each section of the inclined element to study the phenomena described by the Bernoulli equation, rigidly placed near each piezometer vertical racks with lateral grooves, in which the clips are movably placed, on which two colored ropes are sequentially and movably fixed, one of them being assigned to mark the liquid level in all piezometers of static pressure, and the second to mark the liquid level in all piezometers of full pressure, and a shut-off valve is installed at the output end of the inclined element, in addition, to supply liquid to the U-shaped pipe and to the inclined element on a vertical mounting surface there is a pressure tank filled with liquid by means of a pump installed in a special plastic container secretly placed in the volume of the left cabinet of the first table, the pressure pipe of which connected to the ceiling part of the pressure tank, while the ceiling part is installed not lower than the upper ends of all piezometers placed on the vertical mounting surface, and a vertically located pipe is attached to the bottom of the pressure tank, the lower end of which is equipped with a tee, one tap of which is connected to the input end of the inclined element and the second - to the inlet end of the pipe in a U-shape, while the outlet end of the inclined element is connected through a shut-off valve to its liquid flow meter, the outlet pipe whose window is filled into a special plastic container with a pump, in addition, a transparent tube made of rigid material is vertically connected to the bottom of the pressure tank to study the laminar and turbulent modes of fluid flow (determining the Reynolds criterion) with a vertical tracer along its axis in its tank, which is located in the cavity of the pressure tank, and the output end of which is connected to its liquid flow meter, the output pipe of which is connected to its shut-off valve, in the running end of which is connected to a pipe filled into a container, covertly placed in the right pedestal of the first table, in addition, on the second two-pedestal table on a horizontal installation surface there is a personal computer system unit, its monitor, speakers and a multi-tier unit made of analog-to-digital converters (ADC), the keyboard control unit is located on a pull-out panel located under the horizontal mounting surface, in the center of the second table.
В качестве счетчика расхода жидкости установлен прибор, обеспечивающий на выходе создание электрических импульсов, обеспечивающих согласование с блоком аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View.A device has been installed as a liquid flow meter, which provides the creation of electrical pulses at the output, which ensure coordination with the Lab View analog-to-digital converters block.
Стенд может быть снабжен тремя счетчиками расхода холодной и горячей воды торговой марки «Саяны» ИВКА 407323 ПС, с электронным выходным сигналом.The stand can be equipped with three cold and hot water flow meters of the Sayany brand IVKA 407323 PS, with an electronic output signal.
Фиксатор для каждого пьезометра, каждой пары пьезометров, соединенных с датчиками наклонного элемента, может быть выполнен в виде подпружиненной к своей стойке металлической пластины, имеющей проушину для свободного перемещения в ней своего канатика.The clamp for each piezometer, each pair of piezometers connected to the sensors of the inclined element can be made in the form of a metal plate spring-loaded to its stand, having an eye for the free movement of its own cord in it.
Каждый из двух канатиков жестко крепится в проушине только на одном, самом левом фиксаторе.Each of the two ropes is rigidly fixed in the eye on only one, the most left retainer.
Блок аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View размещен на втором столе, со стороны наиболее близкой к первому столу.The Lab View analog-to-digital converters block is located on the second table, from the side closest to the first table.
Метрическая шкала может быть выполнена из стандартной металлической линейки по ГОСТ 427-75.The metric scale can be made of a standard metal ruler according to GOST 427-75.
Опорные ножки обоих столов могут быть выполнены в виде Z-образной формы.The supporting legs of both tables can be made in the form of a Z-shaped.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид стенда на двух столах. На фиг.2 изображен вид стола стенда по стрелке А (горизонтальная установочная поверхность). На фиг.3 от пунктирной линии изображено 70% вертикальной установочной поверхности, а вниз - 30% горизонтальной установочной поверхности элементов первого стола стенда. На фиг.4 изображены основные элементы (участки) U-образной трубы. На фиг.5 изображен наклонный элемент. На фиг.6 изображено сечение А-А. На фиг.7 изображено размещение датчиков полного и статического напоров. На фиг.8 изображен выров пьезометра и стойки с фиксатором. На фиг.9 изображено сечение пары пьезометров со стойками и фиксаторами. На фиг.10 изображен фиксатор. На фиг.11 изображен вид В. На фиг.12 изображен виртуальный эскиз наклонного элемента с приборами.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the stand on two tables. Figure 2 shows the view of the bench table in arrow A (horizontal mounting surface). Figure 3 from the dashed line shows 70% of the vertical mounting surface, and down - 30% of the horizontal mounting surface of the elements of the first stand table. Figure 4 shows the main elements (sections) of the U-shaped pipe. Figure 5 shows the inclined element. Figure 6 shows a section aa. Figure 7 shows the placement of sensors full and static pressure. On Fig depicted the cutout of the piezometer and rack with a latch. Figure 9 shows a cross section of a pair of piezometers with racks and clamps. Figure 10 shows the latch. Figure 11 shows a view of B. Figure 12 shows a virtual sketch of an inclined element with devices.
Устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса состоит из двух столов: стола 1, имеющего установочные поверхности, горизонтальную 2 и вертикальную 3, и также стола 4. На горизонтальной установочной поверхности 2 размещена труба 5 U-образной формы, имеющая прямолинейный участок 6 заданной длины, участок 7 с поворотом трубы на 180° и участок 8 с большим диаметром, предназначенная для изучения линейных и местных гидравлических сопротивлений. При этом к входу 9 и к выходу 10 участка 6, к входу 11 и к выходу 12 участка 7, к входу 13 и к выходу 14 участка 8 подключены перпендикулярно патрубки 15 с датчиками 16 для измерения статического и полного напора в участках U-образной трубы. Эти датчики соединены с помощью прозрачных и эластичных трубок 17 со своими пьезометрами 18, выполненными в виде прозрачных жестких трубок, размещенных на вертикальной установочной поверхности 3. На этой же поверхности 3 размещен наклонный трубчатый элемент 19, имеющий прямоугольное внутреннее сечение и прозрачную лицевую стенку. Входной конец 20 элемента 19 размещен выше его выходного конца 21. Элемент 19 выполнен в виде пяти последовательно соединенных частей, первой 22 в виде четырехгранной прямоугольной призмы, второй 23 в виде четырехгранной прямоугольной пирамиды, плоская вершина которой жестко соединена с третьей частью - основанием четырехгранной прямоугольной призмы 24, второе основание которой соединено с четвертой частью - плоской вершиной четырехгранной прямоугольной пирамиды 25, основание которой соединено с пятой частью 26, выполненной в виде четырехгранной прямоугольной призмы. На входных концах всех частей элемента 19 установлены попарно датчики: на входном конце 20, на первой части 22, на части 23, на части 24, на части 25, на части 26 и на выходном конце 21, перпендикулярно к оси элемента 19 встроены датчики 27 для измерения полного напора, выполненные из трубки 28, и для измерения статического напора - из трубки 29. Каждая пара датчиков 27 соединена своими эластичными прозрачными трубками 30 со своими парами пьезометров 31, размещенными на поверхности 3. Между трубками каждой пары пьезометров 31 на поверхности 3 размешена метрическая шкала 32. С наружных сторон каждой пары пьезометров 31 прикреплены вертикальные стойки 33, имеющие пазы 34, в которых подвижно размещены фиксаторы положения 35, на которых последовательно и подвижно закреплены два цветных канатика 36 и 37, при этом первый 36 из них предназначен для отметки уровня жидкости в трубках статического напора, а второй 37 из них - в трубках полного напора. Выходной конец 21 элемента 19 соединен с запорным вентилем 38. Для подачи жидкости к U-образной трубе 5 и наклонному элементу 19 на поверхности 3 размещен напорный бачек 39, заполняемый жидкостью с помощью насоса 40, установленного в пластиковой емкости 41, скрытно размещенной в левой тумбе 42 стола 1. Напорный патрубок 43 насоса 40 подведен под потолочную часть 44 бачка 39. К днищу бачка 39 подключен патрубок 45, нижний конец которого снабжен тройником 46, один отвод которого подключен к входному концу 20 элемента 19, а второй через запорный вентиль 47 к входу 9 участка 6 трубы 5, а выход 14 выходного участка 8 подключен к своему счетчику расхода 48, выходной патрубок которого соединен с запорным вентилем 49, выходной патрубок которого заглублен в емкость 41. Выходной конец 21 элемента 19 подключен к запорному вентилю 50, выходной патрубок которого соединен со счетчиком расхода 51, выходной патрубок которого заглублен в емкость 41. Кроме того, к днищу бачка 39 вертикально подключена прозрачная труба 52, предназначенная для визуальной демонстрации режимов ламинарного и турбулентного течений жидкости с помощью цветного трассера, размещенного в своем бачке 53 и размещенного в полости бачка 39. Выходной конец трубки 52 через запорный вентиль 54 и расходометр 55 заправлен в скрытно размещенную в правой тумбе 56 емкость 57. На втором (правом) двухтумбовом столе 4 на горизонтальной поверхности 58 размещен системный блок 59 персонального компьютера, его монитор 60, звуковые колонки 61 и устройство многоярусного блока 62 из аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), клавишный блок 63 управления размещен на выдвижной панели 64 стола 4. Фиксаторы 35 на каждой стойке 33 выполнены с двумя подпружиненными пластинами 65 и имеют проушину 66 с круглым отверстием 67.The device of the bench automated laboratory complex consists of two tables: table 1, with mounting surfaces, horizontal 2 and vertical 3, and also table 4. On a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
1. Изучение гидравлического сопротивления трением (или по длине) и местных сопротивлений.1. The study of hydraulic resistance to friction (or length) and local resistance.
Изучение гидравлического сопротивления трением во внутренней полости трубы на прямолинейном участке (труба из нержавеющей стали длиной 820 мм и внутренним диаметром 8 мм) осуществляется по следующей методике:The study of hydraulic friction resistance in the inner cavity of the pipe in a straight section (stainless steel pipe with a length of 820 mm and an inner diameter of 8 mm) is carried out according to the following method:
1. Включается эл. двигатель насоса 40, который установлен в пластиковой емкости 41, размещенной в левой тумбе первого стола 1, и с помощью насоса 40 осуществляется закачка воды в напорный бачок 39.1. Turns on email. the engine of the
2. При максимально открытом отверстии запорного вентиля:2. With the maximum opening of the shut-off valve:
- регистрируем показания пьезометров 18, установленных рядом со шкалами линеек 32;- register the readings of the
- регистрируем визуально на фоне шкалы 32 уровень воды в прозрачных трубках двух пьезометров 18, первом, подсоединенном к датчику статического напора, установленного на входе в прямолинейный участок трубы заданной длины, и втором, подсоединенном к датчику статического напора, установленного на выходе прямолинейного участка трубы заданной длины;- visually register against the background of
- при установленном режиме течения определяем численное значение расхода воды через счетчик 47 за заданное время, например за одну минуту.- with the established flow regime, we determine the numerical value of the water flow through the
3. Изменяем положение запорного вентиля 48 (прикрываем его на небольшой угол) и повторяем операции п.2.3. We change the position of the shut-off valve 48 (we cover it by a small angle) and repeat the operations of
Проводим аналогичные измерения для других положений запорного вентиля 48, вплоть до полного его закрытия. Количество фиксированных положений вентиля 48 определяет точность проведения эксперимента. Для лабораторных работ достаточно шести положений открытия вентиля 48.We carry out similar measurements for other positions of the shut-off
4. Параллельно проведению «ручного» эксперимента включаем ПК, выводим программу Lab View, создаем на мониторе виртуальный эскиз измерительных приборов (пьезометров, подключенных к прямолинейному участку трубы, виртуально расходомеру жидкости). В соответствии с методикой эксперимента задаем с клавиатуры показания пьезометров в миллиметрах водного столба. По окончании эксперимента даем команду на построение графика зависимостей гидравлического сопротивления от расхода жидкости по трубе. Кроме того, по команде получаем численное расчетное значение гидравлического сопротивления и сравниваем его с экспериментальным значением, полученным «ручным» методом, рассчитываем ошибку. Виртуальная схема установки, например, изучения энергетической характеристики гидропотока (уравнение Бернулли), представлена на фиг.12.4. In parallel with the “manual” experiment, turn on the PC, display the Lab View program, create a virtual sketch of measuring instruments (piezometers connected to the straight section of the pipe, virtually a liquid flow meter) on the monitor. In accordance with the experimental procedure, we set from the keyboard the readings of piezometers in millimeters of water. At the end of the experiment, we give a command to build a graph of the dependences of hydraulic resistance on fluid flow through the pipe. In addition, by command, we obtain the numerical calculated value of the hydraulic resistance and compare it with the experimental value obtained by the “manual” method, and calculate the error. A virtual installation diagram, for example, studying the energy characteristics of a hydroflow (Bernoulli equation), is presented in Fig. 12.
С помощью стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения гидродинамических процессов с измерениями и обработкой результатов в программной среде Lab View проводятся и другие лабораторные работы, методика которых изложена в [4].Using a bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes with measurements and processing results in the Lab View software environment, other laboratory works are carried out, the methodology of which is described in [4].
Интервал угла α расположения наклонного элемента от 5° до 10° объясняется тем, что при включении стенда в напорный бачок, в наклонный элемент, в пьезометры попадает много воздушных пузырьков, на удаление которых тратится много времени, и, чем меньше угол α, тем больше времени на это затрачивается, но конструктивное изготовление при этом упрощается. Поэтому опытным путем установлено, что 5° это оптимальный минимальный угол. При 10° заметно снижается время удаления воздушных пузырьков из элементов стенда. При угле, большем 10°, усложняется конструктивное изготовление наклонного элемента.The interval of the angle α of the inclined element location from 5 ° to 10 ° is explained by the fact that when the stand is included in the pressure tank, the inclined element, the piezometers get a lot of air bubbles, which take a lot of time to be removed, and the smaller the angle α, the greater time is spent on it, but constructive manufacturing is simplified. Therefore, it has been experimentally established that 5 ° is the optimal minimum angle. At 10 °, the time for removing air bubbles from the stand elements is noticeably reduced. At an angle greater than 10 °, the constructive manufacture of the inclined element is complicated.
Прямоугольное внутреннее сечение наклонного элемента позволяет, во-первых, исключить эффект линзы, при визуальном наблюдении, во-вторых, упростить изготовление и крепление наклонного элемента с сопловым сужением, а также упростить расчет площади в «живом сечении» потока жидкости.The rectangular internal section of the inclined element allows, firstly, to exclude the effect of the lens during visual observation, and secondly, to simplify the manufacture and fastening of the inclined element with nozzle narrowing, as well as to simplify the calculation of the area in the "live section" of the fluid flow.
Опорные ножки столов, выполненные в виде Z-образной формы, позволяют улучшить доступ к ним, облегчают их вес и одновременно сохраняют высокую устойчивость размещенного на них оборудования.The supporting legs of the tables, made in the form of a Z-shaped shape, can improve access to them, facilitate their weight and at the same time maintain high stability of the equipment placed on them.
Использование цветных канатиков позволяет наглядно демонстрировать студенту энергетическую характеристику гидропотока в канале сложной формы, так как площадь под канатиком характеризует потенциальную энергию потока в точках подключения пьезометров.The use of colored ropes allows the student to clearly demonstrate to the student the energy characteristic of the hydroflow in a channel of complex shape, since the area under the cord characterizes the potential flow energy at the points of connection of the piezometers.
Полезность заявляемого изобретения заключается в повышении технического уровня передачи знаний студентам по дисциплине «Гидравлика», преподаваемой в вузе, за счет оснащения стенда современными приборами и устройствами, позволяющими получать высокую точность и надежность работы и, кроме того, позволяющих передавать полученную информацию на компьютер для последующей обработки и получения как аналитических уравнений, так и графических зависимостей об исследуемом процессе. Полезность также заключается в приобщении студентов к современным техническим возможностям в области быстрой и точной обработки экспериментальных исследований.The usefulness of the claimed invention is to increase the technical level of knowledge transfer to students in the discipline "Hydraulics" taught at the university by equipping the stand with modern instruments and devices that allow to obtain high accuracy and reliability of work and, in addition, allowing to transfer the received information to a computer for later processing and obtaining both analytical equations and graphical dependencies about the process under study. The usefulness also lies in introducing students to modern technical capabilities in the field of quick and accurate processing of experimental studies.
Источники информацииInformation sources
1. www.samgtu.ru/research/katalog/PDF/007.pdf1. www.samgtu.ru/research/katalog/PDF/007.pdf
2. www.cati.ru/edu/voda.htm2. www.cati.ru/edu/voda.htm
3. www.intos.ru/tehn1.htm3. www.intos.ru/tehn1.htm
4. Семенова Е.В., Киреев Д.В., Третьяк П.В., Корячкин В.П., Ванин B.C. Использование среды графического программирования LabVIEW для лабораторных стендов. Кафедра «Машины и аппараты пищевых производств». Орел ГТУ. Орел, 2007.4. Semenova E.V., Kireev D.V., Tretyak P.V., Koryachkin V.P., Vanin B.C. Using LabVIEW graphical programming environment for laboratory stands. Department "Machines and equipment for food production". Eagle GTU. Eagle, 2007.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124041/28A RU2339084C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124041/28A RU2339084C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2339084C1 true RU2339084C1 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=40241431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007124041/28A RU2339084C1 (en) | 2007-06-26 | 2007-06-26 | Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339084C1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101882391B (en) * | 2009-05-08 | 2012-01-25 | 河南农业大学 | Authentication instrument of Bernoulli equation |
RU2473388C1 (en) * | 2011-07-25 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Lab module |
CN104282203A (en) * | 2014-09-27 | 2015-01-14 | 复旦大学 | Bernoulli equation demonstration instrument |
CN104952323A (en) * | 2015-06-12 | 2015-09-30 | 浙江大学 | Self-circulation Bernoulli experimental device with teaching effect flow digital display function |
RU2616443C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-04-14 | Альберт Петрович Ершов | Device for demonstrating joule's law in differential form |
CN106935125A (en) * | 2017-04-28 | 2017-07-07 | 福州大学 | Fluid flow resistance and flow measurement self assembly experimental provision and its application method |
RU2660305C2 (en) * | 2016-06-01 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Device for demonstration the bernoulli equation with respect to the closed flows |
CN112052578A (en) * | 2020-08-28 | 2020-12-08 | 西安建筑科技大学 | Method and system for calculating resistance of ventilation air-conditioning pipeline system based on truncation method |
CN113077691A (en) * | 2021-03-09 | 2021-07-06 | 浙江大学 | Experiment teaching device for researching object streaming problem |
-
2007
- 2007-06-26 RU RU2007124041/28A patent/RU2339084C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СТЕНД «ГИДРОДИНАМИКА ГД» ОТ «ИНТОС» ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ. НАЙДЕНО ИЗ ИНТЕРНЕТ: <URL: http: www.intos.ru/tehn1.htm. * |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101882391B (en) * | 2009-05-08 | 2012-01-25 | 河南农业大学 | Authentication instrument of Bernoulli equation |
RU2473388C1 (en) * | 2011-07-25 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Lab module |
CN104282203A (en) * | 2014-09-27 | 2015-01-14 | 复旦大学 | Bernoulli equation demonstration instrument |
CN104282203B (en) * | 2014-09-27 | 2016-05-11 | 复旦大学 | A kind of Bernoulli equation demonstrator |
CN104952323A (en) * | 2015-06-12 | 2015-09-30 | 浙江大学 | Self-circulation Bernoulli experimental device with teaching effect flow digital display function |
CN104952323B (en) * | 2015-06-12 | 2017-08-08 | 浙江大学 | Possesses self-loopa Bernoulli Jacob's experimental provision of teaching efficiency flow digital display |
RU2616443C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-04-14 | Альберт Петрович Ершов | Device for demonstrating joule's law in differential form |
RU2660305C2 (en) * | 2016-06-01 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Device for demonstration the bernoulli equation with respect to the closed flows |
CN106935125A (en) * | 2017-04-28 | 2017-07-07 | 福州大学 | Fluid flow resistance and flow measurement self assembly experimental provision and its application method |
CN106935125B (en) * | 2017-04-28 | 2023-04-07 | 福州大学 | Fluid flow resistance and flow measurement self-assembly experimental device and use method thereof |
CN112052578A (en) * | 2020-08-28 | 2020-12-08 | 西安建筑科技大学 | Method and system for calculating resistance of ventilation air-conditioning pipeline system based on truncation method |
CN113077691A (en) * | 2021-03-09 | 2021-07-06 | 浙江大学 | Experiment teaching device for researching object streaming problem |
CN113077691B (en) * | 2021-03-09 | 2022-06-28 | 浙江大学 | Experiment teaching device for researching object streaming problem |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2339084C1 (en) | Device of bench automated laboratory complex for studying hydrodynamic processes witt measurements and processing of results in program medium lab view | |
CN201117133Y (en) | Multifunctional fluid mechanics experimental installation | |
CN201732497U (en) | Reynolds experimental apparatus | |
CN205719850U (en) | A kind of calibration experiment stand measuring void fraction in biphase gas and liquid flow | |
RU130734U1 (en) | HYDRAULIC UNIVERSAL LABORATORY STAND | |
CN108922341A (en) | A kind of hydrostatic pressure experimental teaching unit and measuring method | |
CN209879921U (en) | Pipeline comprehensive experiment system device | |
RU2383059C1 (en) | Automated instructional-laboratory system for determining hydraulic pressure with measurement and processing results in lab view software | |
CN109256019A (en) | A kind of Hydromechanics experimental device | |
CN108760232B (en) | Test device and test method for exploring surface drag reduction mechanism | |
CN113077691B (en) | Experiment teaching device for researching object streaming problem | |
CN211124619U (en) | Engineering hydrodynamics 3D flow pattern presentation device | |
Golter et al. | Capabilities of Desktop Scale Heat Transfer and Fluid Mechanics Equipment for Classroom Instruction | |
CN209281705U (en) | A kind of removable hydrostatic pressure experimental teaching unit of double-sided symmetrical formula | |
Savage et al. | The Draining of a Tank: A Lab Experiment in Fluid Mechanics | |
CN110164280A (en) | Head lines visualizer and the observation methods such as diving | |
CN206074603U (en) | A kind of oil plant acidity simulation detection system | |
CN215812856U (en) | Intraductal fluid speed sensor is used in teaching | |
CN217847304U (en) | Experimental training device for researching liquid pipeline transportation environment | |
Limjuco et al. | Low-cost Venturi meter: Understanding Bernoulli’s equation rough a demonstration | |
Rehman et al. | Mechanism of vortex motion | |
CN209525839U (en) | It is a kind of directly to measure hydraulic and flow velocity assembled head loss experimental provision | |
CN211452469U (en) | Flow test teaching device | |
CN220526472U (en) | Comprehensive innovative hydraulic experimental platform | |
Gamage | Macro turbulent characteristics over two-dimensional bed forms and its skin friction and form drag separation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090627 |