устройство стендового автоматизированного лабораторного комплекса для изучения гидродинамических процессов с измерениями и обработкой результатов в программной среде lab view

Формула изобретения

1. 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, установленную под столом, на полу, отличающееся тем, что 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 размещенных 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 , 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 навстречу движения потока жидкости, а не рабочие 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 пьезометра 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, и 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве счетчика расхода жидкости установлен прибор, обеспечивающий на выходе создание электрических импульсов, обеспечивающих согласование с блоком аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что стенд снабжен тремя счетчиками расхода холодной и горячей воды торговой марки «Саяны» ИВКА 407323 ПС с электронным выходным сигналом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксатор для каждого пьезометра, каждой пары пьезометров, соединенных с датчиками наклонного элемента, выполнен в виде подпружиненной к своей стойке металлической пластины, имеющей проушину для свободного перемещения в ней своего канатика.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый из двух канатиков жестко крепится в проушине только на одном, самом левом фиксаторе.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View размещен на втором столе, со стороны, наиболее близкой к первому столу.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что метрическая шкала выполнена из стандартной металлической линейки по ГОСТ427-75.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные ножки обоих столов выполнены в виде Z-образной формы.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 , 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.

В качестве счетчика расхода жидкости установлен прибор, обеспечивающий на выходе создание электрических импульсов, обеспечивающих согласование с блоком аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View.

Стенд может быть снабжен тремя счетчиками расхода холодной и горячей воды торговой марки «Саяны» ИВКА 407323 ПС, с электронным выходным сигналом.

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.

Каждый из двух канатиков жестко крепится в проушине только на одном, самом левом фиксаторе.

Блок аналогово-цифровых преобразователей программы Lab View размещен на втором столе, со стороны наиболее близкой к первому столу.

Метрическая шкала может быть выполнена из стандартной металлической линейки по ГОСТ 427-75.

Опорные ножки обоих столов могут быть выполнены в виде Z-образной формы.

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.

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.

Устройство работает следующим образом.

1. Изучение гидравлического сопротивления трением (или по длине) и местных сопротивлений.

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:

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.

2. При максимально открытом отверстии запорного вентиля:

- регистрируем показания пьезометров 18, установленных рядом со шкалами линеек 32;

- 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;

- при установленном режиме течения определяем численное значение расхода воды через счетчик 47 за заданное время, например за одну минуту.

3. Изменяем положение запорного вентиля 48 (прикрываем его на небольшой угол) и повторяем операции п.2.

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.

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.

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].

Интервал угла 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 , 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.

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.

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.

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.

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.

Источники информации

1. www.samgtu.ru/research/katalog/PDF/007.pdf

2. www.cati.ru/edu/voda.htm

3. 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.