Устройство для демонстрации уравнения бернулли применительно к закрытым потокам
Владельцы патента RU 2660305:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для обучения по инженерному курсу «Гидравлика» при проведении лабораторных работ. Сущность изобретения состоит в том, что устройство, содержащее напорный бак с подводом воды, внутри которого предусмотрена водосливная воронка для поддержания уровня воды и трубопровод, на котором установлены пьезометры для регистрации давления по длине трубопровода может изменять угол наклона трубопровода. Для изменения в ходе опытов угла наклона трубопровода он через гибкий шланг подключен к напорному баку. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для обучения по инженерному курсу «Гидравлика» при проведении лабораторных работ.
Известно устройство (в гидравлической лаборатории Воронежского государственного технического университета), состоящее из напорного бака, исследуемого наклоненного под постоянным углом к горизонту участка трубы в виде расходомера Вентури с установленными в нем в соответствующих местах пьезометрами и трубками полного давления (трубками Пито), в виде сообщающихся сосудов из прозрачных трубок, с помощью которых можно определить все компоненты, составляющие уравнение Бернулли, и по ним построить пьезометрическую и напорную линии.
Недостатком такого устройства является постоянный угол наклона исследуемого участка к горизонту, и, следовательно, невозможность визуального наблюдения за переходом одного вида удельной энергии в другие в ходе опытов при изменении угла наклона исследуемого участка и не прекращая подачи воды во время экспериментов.
Изобретение предназначено для наглядного (визуального) наблюдения в ходе опытов за изменением всех компонентов, составляющих общую удельную энергию по уравнению Бернулли, при изменении, например, наклона трубы, не прекращая подачу воды на экспериментальную установку.
Технический результат заключается в обеспечении возможности визуального наблюдения за переходом одного вида удельной энергии в другие в ходе опытов при изменении угла наклона исследуемого участка, не прекращая подачи воды во время экспериментов.
Это достигается тем, что в устройство включен напорный бак с подводом воды, переливная воронка в баке для поддержания уровня воды и трубопровод, на котором установлены пьезометры для регистрации давления по длине трубопровода. Для изменения угла наклона трубопровода в ходе опытов трубопровод через гибкий шланг подключен к напорному баку.
На фиг. 1 представлен фронтальный вид предлагаемого устройства. Устройство состоит из напорного бака 2 с подводом воды 1. Внутри бака находится переливное устройство 3 в виде воронки для поддержания постоянного уровня 4.
К напорному баку с помощью гибкого шланга (или специального шарнира) 5 подключен исследуемый участок трубы 6. На исследуемом участке в трех сечениях установлены трубки полного давления (трубки Пито) 7 и пьезометры 8. В конце исследуемого участка предусмотрен кран 9. Величины нужных показателей (положение уровней жидкости во всех трубках и пьезометрах) определяются с помощью координатной шкалы, нанесенной на щите 10, постоянно закрепленном относительно горизонтальной плоскости сравнения 0-0 11.
Устройство работает следующим образом. При поднятии конца исследуемого участка трубы 7 до уровня воды в напорном баке 2, движение воды по исследуемому участку приостановится, т.е. уровень воды во всех трубах полного давления и в пьезометрах сравняется с уровнем воды в баке, как в сообщающихся сосудах.
Как только опустить конец исследуемой трубы 7 даже на небольшую величину (уменьшить удельную потенциальную энергию положения), появится напор, начнется движение воды с некоторой скоростью, т.е. появится кинетическая энергия, пропорциональная скорости в квадрате и потери энергии.
По мере опускания конца трубы 6 (уменьшение удельной потенциальной энергии положения) скорости будут увеличиваться, увеличиваться будет и кинетическая энергия и потери энергии, которые практически пропорциональны скоростному напору (кинетической энергии), что подтверждается уравнением Бернулли.
где Z1 и Z2 - удельные потенциальные энергии положения для первого и второго по течению поперечных сечений относительно плоскости сравнения 0-0 (фиг. 1.);
и 
- удельные потенциальные энергии давления в тех же сечениях;
и 
- кинетические энергии там же;
hf - потери энергии из-за вязкости жидкости У.
При поднятии конца трубы 6 по вертикали все повторится в обратном порядке. С увеличением потенциальной энергии положения будут уменьшаться кинетическая энергия и потери ее.
Таким образом, наблюдаемая визуально картина изменения видов энергии в ходе эксперимента без прекращения подачи воды на установку может свидетельствовать о том, что уравнение Бернулли не является законом сохранения энергии, а скорее законом перехода одного вида энергии в другие, в том числе и ее потери.
Устройство для демонстрации уравнения Бернулли применительно к закрытым потокам, включающее напорный бак с подводом воды, переливную воронку для поддержания в баке уровня воды и трубопровод, на котором установлены пьезометры для регистрации давления по длине трубопровода, отличающееся тем, что для изменения угла трубопровода во время опытов, трубопровод через гибкий шланг подключен к напорному баку.
