Механика жидкости и газа. Практикум

 
 
 
 
 
 
 
 
МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА 
 
ПРАКТИКУМ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
Под редакцией профессора А. Н. Острикова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 621.65:532 
ББК 31.391+22.253 
М55 
 
Авторы: 
Остриков А. Н., Болгова И. Н., Копылов М. В.,  
Наумченко И. С., Терёхина А. В. 
 
 
Рецензенты: 
зав. кафедрой технологического оборудования, процессов перерабатывающих 
производств, механизации сельского хозяйства и безопасности  
жизнедеятельности Воронежского государственного аграрного университета 
имени императора Петра I Е. А. Высоцкая; 
генеральный директор В. А. Афанасьев  
(АО «НПЦ «ВНИИКП») 
 
 
 
 
 
М55   
 Механика жидкости и газа. Практикум : учебное пособие / [Остриков А. Н. и др.] ; под ред. проф. А. Н. Острикова. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 348 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1784-6 
 
Изложены теоретические положения механики жидкости и газов, рассмотрены схемы лабораторных установок, описаны методики выполнения экспериментов на них и обработки опытных данных. Для владения практическими 
навыками предложены многовариантные инженерные задачи с примерами их 
решения и ситуационные задания. 
Для студентов, обучающихся по укрупненным группам специальностей 
13.00.00 «Электро- и теплоэнергетика», 15.00.00 «Машиностроение», 16.00.00 
«Физико-технические науки и технологии», 18.00.00 «Химические технологии», 
19.00.00 «Промышленная технология и биотехнологии», 20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство», 27.00.00 «Управление в технических 
системах», 35.00.00 «Сельское, лесное и рыбное хозяйство». 
 
УДК 621.65:532 
ББК 31.391+22.253 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1784-6 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
.............................................................................. 5 
ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ ..................................................... 6 
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ  
В ЛАБОРАТОРИИ .......................................................................... 8 
ТРЕБОВАНИЯ К СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА .......................... 10 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Относительный покой  
жидкости в равномерно вращающемся вокруг вертикальной  
оси цилиндрическом сосуде  ........................................................ 12 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Изучение режимов  
движения жидкости  
...................................................................... 26 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Материальный  
и энергетический балансы потока  
............................................... 37 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Определение  
коэффициентов гидравлического трения на прямолинейных 
участках трубопровода  ................................................................ 53 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Определение коэффициента  
местного гидравлического сопротивления ................................. 60 
Описание стенда «Механика жидкости» 
..................................... 65 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. Испытание  
центробежно-вихревого насоса 
.................................................... 73 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. Испытание центробежного  
вентилятора  ................................................................................... 81 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. Изучение устройства  
насосов и определение их параметров  ....................................... 90 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. Изучение потерь давления  
на местном сопротивлении «Диафрагма»  .................................. 99 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. Изучение потерь  
давления на местном сопротивлении «Кран шаровый»  ......... 105 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11. Изучение потерь  
давления на местном сопротивлении «Вентиль» ..................... 108 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12. Изучение характера  
изменения давления в напорном трубопроводе  
при гидравлическом ударе (закрытие клапана на выходе  
трубопровода). Определение ударного давления.  
Экспериментальная проверка формулы Н. Е. Жуковского ..... 111 
3 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13. Изучение характера  
изменения давления в напорном трубопроводе  
при одновременном запирании двух клапанов на входе  
и на выходе трубопровода  ......................................................... 118 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14. Изучение характера  
изменения давления в напорном трубопроводе  
при гидравлическом ударе при неполном закрытии клапана  
на выходе 
...................................................................................... 122 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15. Испытание  
центробежно-вихревого насоса 
.................................................. 127 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16. Испытание  
центробежного вентилятора ....................................................... 138 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17. Изучение устройства  
насосов и определение их параметров ...................................... 148 
Описание стенда «Исследование параметров работы  
насосов» 
........................................................................................ 155 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18. Исследование рабочих  
характеристик насоса  ................................................................. 160 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19. Исследование  
кавитационных характеристик насоса  
...................................... 170 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20. Исследование  
характеристик двух параллельно соединенных насосов ......... 177 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21. Исследование  
характеристики последовательно соединенных насосов 
......... 181 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22. Исследование потерь  
давления на системе трубопроводов и кранов  
при различных видах соединения  ............................................. 186 
Задачи и примеры их решения ................................................... 192 
Оценочные материалы  ............................................................... 261 
Ситуационные задания  .............................................................. 293 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................... 298 
ФОРМЫ И СОДЕРЖАНИЕ ТЕКУЩЕГО И ИТОГОВОГО 
КОНТРОЛЯ  
................................................................................. 299 
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ........................ 303 
ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................... 307 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................ 343 
4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Учебное пособие предназначено для подготовки выпускников по укрупненным группам специальностей и направлений 
13.00.00 «Электро- и теплоэнергетика», 15.00.00 «Машиностроение», 16.00.00 «Физико-технические науки и технологии», 
18.00.00 «Химические технологии», 19.00.00 «Промышленная 
технология и биотехнологии», 20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство», 27.00.00 «Управление в технических системах», 35.00.00 «Сельское, лесное и рыбное хозяйство». 
При выполнении лабораторных работ обучающиеся должны ознакомиться с основными измерительными приборами, применяемыми в экспериментальном исследовании гидромеханических явлений, методикой измерений основных гидромеханических параметров, с правилами эксплуатации насосных установок, 
регулирующей и запорной арматуры, а также научиться производить гидромеханические расчеты. 
Перед началом эксперимента каждый обучающийся должен изучить методику выполнения работы, заготовить бланк отчета и пройти собеседование с преподавателем по вопросам выполнения данной работы. После окончания лабораторных занятий результаты измерений предъявляются преподавателю для 
визирования. 
Практикум поможет обучающимся в углубленном изучении теоретической базы, овладении методами экспериментальных исследований, приобретении необходимых навыков обработки результатов экспериментов и их анализа, усвоение техники расчетов при решении практических задач. 
Наличие в практикуме примеров решения задач и материалов справочного характера будет способствовать рациональной 
организации самостоятельной работы обучающихся и сокращению затрат их времени на поиски необходимой литературы. 
5 

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ 
 
Изучение движения жидкостей в открытых и закрытых 
руслах, а также вопросов силового воздействия жидкости на 
стенки сосудов или обтекаемые жидкостью твердые тела привело к созданию обширной науки называемой гидромеханикой, 
которая делится на два раздела: техническая гидромеханика и 
теоретическая механика жидкости и газа.  
Гидравлика (техническая механика жидкости) изучает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений (плотин, каналов, водосливов, трубопроводов 
для подачи всевозможных жидкостей), а также других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники. 
Гидравлика – прикладная часть гидромеханики, которая 
использует те или иные допущения для решения практических 
задач. В гидравлике изучаются законы движения главным образом капельных жидкостей, причем в подавляющем большинстве 
случаев они рассматриваются как несжимаемые. Она обладает 
сравнительно простыми методиками расчета по сравнению с 
теоретической механикой жидкости, где применяется сложный 
математический аппарат.  
Для того чтобы хорошо понимать работу этих систем, 
грамотно их эксплуатировать, уметь устанавливать причины неисправностей и находить пути их устранения, проектировать и 
рассчитывать эти системы, нужно иметь соответствующую подготовку в области гидравлики. 
Жидкостью в гидравлике называют физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь 
угодно малых сил. Различают два вида жидкостей: жидкости капельные и жидкости газообразные. Капельные жидкости представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании 
этого слова (вода, нефть, керосин, масло и т. д.). Газообразные 
жидкости – газы, в обычных условиях представляют собой газообразные вещества (воздух, кислород, азот, пропан и т. д.). 
Основной отличительной особенностью капельных и газообразных жидкостей является способность сжиматься (изменять объем) под воздействием внешних сил. Капельные жидкости (в дальнейшем просто жидкости) трудно поддаются сжатию, 
6 

а газообразные жидкости (газы) сжимаются довольно легко, т. е. 
при воздействии небольших усилий способны изменить свой 
объем в несколько раз.  
В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости не 
обладает внутренним трением, а также трением о стенки сосудов и трубопроводов, по которым она движется. Идеальная 
жидкость также обладает абсолютной несжимаемостью. Такая 
жидкость не существует в действительности, и была придумана 
для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов и исследований.  
На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые и поверхностные.  
Массовые: силы тяжести и инерции. Сила тяжести в земных условиях действует на жидкость постоянно, а сила инерции 
только при сообщении объему жидкости ускорений (положительных или отрицательных).  
Поверхностные: обусловлены воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или воздействием других тел. 
7 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ  
В ЛАБОРАТОРИИ 
 
Выполняя экспериментальную часть работы, обучающиеся руководствуются методическими указаниями, указаниями 
преподавателя и инструкцией по технике безопасности. 
К выполнению работ в лаборатории допускаются обучающиеся, прошедшие инструктаж по технике безопасности у 
преподавателя с соответствующим оформлением в журнале. 
Необходимо начинать работу только с разрешения преподавателя, полученного после проверки знаний обучающегося 
последовательности выполнения лабораторной работы.  
Запрещается самостоятельно включать стенд, открывать/закрывать задвижки и производить иные действия, противоречащие правилам техники безопасности. Выполнение лабораторных работ производится только в присутствии преподавателя, лаборанта или ответственного за проведение лабораторных 
работ. 
Не допускать студентов, не прошедших технику безопасности и не изучивших описание лабораторного оборудования, к 
выполнению лабораторных работ. Запрещается оставлять студентов одних с лабораторным оборудованием. 
Некоторые установки запитаны от водопроводной сети, в 
которой давление воды может колебаться, поэтому открывать 
краны необходимо медленно во избежание повреждения установки и последующего выброса воды или масла. 
Пуск установки производиться в полном соответствии с 
правилами, приведенными в описании каждой лабораторной работы. 
В случае появления стуков и ударов, а также нарушения 
нормального режима работы машины, установка должна быть 
немедленно выключена, о всех замеченных неполадках и неисправностях необходимо ставить в известность преподавателя 
или лаборанта. 
При работе с лабораторным стендом во избежание несчастных случаев, запрещается: 
 
8 

– разбирать стенд; 
– работать с лабораторным стендом, не подключенным к 
шине защитного заземления; 
– работать со стендом при неисправности рабочего оборудования и отказе датчиков давления, расхода или температуры; 
– оставлять включенный стенд без присмотра; 
– производить обслуживание стенда, подключенного к сети электропитания. 
Приступая к выполнению лабораторных работ, студент 
должен прочитать и изучить описание лабораторного оборудования. 
При работе со стендом запрещается приносить с собой 
вещи и предметы, загромождающие рабочее место и мешающие 
проведению лабораторных работ (верхняя одежда, сумки, пакеты, рюкзаки и т. д.). При работе со стендом запрещается приносить с собой еду и напитки. 
При выполнении лабораторных работ запрещается: 
– бегать, толкаться, облокачиваться на стенд, издавать 
громкие звуки, мешать проведению работы; 
– прикасаться пальцами до предметов системы: насоса, 
технологического бака, датчиков, исследуемых трубопроводов и 
других составляющих стенда, за исключением задвижек и блока 
управления; 
– дотрагиваться до соленоидных клапанов, во время проведения испытаний; 
– беспорядочно нажимать кнопки на блоке управления 
оборудованием стенда. 
При обнаружении неисправности немедленно сообщить 
об этом преподавателю, лаборанту или ответственному за проведение лабораторных работ. 
Внимание! Необходимо проверять подключение стенда к 
шине защитного заземления, перед каждым проведением лабораторной работы. 
Внимание! В открытом положении соленоидные клапана 
сильно нагреваются, будьте аккуратны при проведении лабораторной работы. 
После работы необходимо отключить питание электродвигателей и подачу водопроводной воды к установкам. 
9 

ТРЕБОВАНИЯ К СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА 
 
Обучающийся оформляет отчет по каждой лабораторной 
работе на стандартных листах формата А4 с одной или обеих 
сторон. Отчет по работе должен содержать: 
− титульный лист; 
− цель выполнения работы; 
− принципиальную схему установки; 
− методику проведения работы; 
− таблицу опытных данных с указанием единиц измерения 
всех величин; 
− результаты последующих вычислений, сведенных в таблицы; 
− графики результатов работы, построенные на миллиметровой бумаге с обязательным нанесением на них экспериментальных и расчетных точек; 
− выводы, соответствующие цели работы, с объяснением 
причин возможного расхождения результатов расчета и эксперимента. 
К началу следующего занятия обучающийся сдает преподавателю оформленный отчет по предыдущей работе. Защита 
отчета происходит по форме собеседования преподавателя со 
студентом по теоретическим вопросам, относящимся к выполненной работе и контрольным вопросам к ней, либо в форме тестирования. 
 
Порядок выполнения лабораторных работ 
 
При подготовке к каждой работе студент должен самостоятельно изучить теоретический материал; ознакомится по методическим указаниям с целью работы, подготовить письменный 
отчет, содержащий заранее подготовленные пустые бланки расчетных таблиц. Во время лабораторной работы студенты отвечают на контрольные вопросы (если они имеются), обсуждают 
порядок выполнения работы и затем выполняют её. 
Методические указания к лабораторным работам являются только основой для выполнения эксперимента. Теоретиче10