Программный продукт предназначен для имитационного выполнения лабораторных работ по основным разделам гидромеханики.
Методики выполнения лабораторных работ в оболочке компьютерной программы предусматривают знакомство с физическим явлением и его теоретическое изучение, ознакомление с устройством и принципом действия экспериментальных установок, формулирование целей, задач и порядка выполнения работ.
Наглядная объемная визуализация в совокупности с максимальной интерактивностью способствует эффективному усвоению учебного материала.
В состав виртуальной лаборатории входят 13 имитационных лабораторных работ:
- Измерение гидростатического давления, экспериментальное подтверждение основного уравнения гидростатики и закона Паскаля;
- Изучение относительного покоя жидкости при вращательном движении;
- Определение опытным путем слагаемых уравнения Д. Бернулли при установившемся неравномерном движении жидкости;
- Изучение гидравлических сопротивлений напорного трубопровода;
- Экспериментальная иллюстрация ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости;
- Изучение истечения жидкости через малые отверстия в тонкой стенке и насадки при постоянном напоре в атмосферу;
- Экспериментальное изучение прямого гидравлического удара в напорном трубопроводе;
- Изучение фильтрации в песчаном грунте на установке Дарси;
- Построение диаграммы Д. Бернулли на напорном трубопроводе переменного сечения по семи мерным сечениям трубопровода;
- Параметрические испытания центробежного насоса;
- Кавитационные испытания центробежного насоса;
- Исследование характеристик центробежного вентилятора;
- Экспериментальное определение скоростей в сечении круглой трубы.
Программы выполнены в виде самостоятельных интерактивных трехмерных модулей.
Минимальные системные требования:
- процессор: Intel/AMD, не менее 2 ГГц;
- ОЗУ: не менее 1 Гб;
- видеопамять: не менее 512 Мб (предпочтительнее видеокарты NVidia);
- разрешение экрана: не менее 1024x768x32;
- ОС: Microsoft Windows XP, 7, 8, 8.1, 10;
- DirectX версии 9.0.c;
- стандартная клавиатура и компьютерная мышь с колесом прокрутки;
- средства воспроизведения звука (аудиоколонки или наушники).
Более подробно о лабораторных работах:
1. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ГИДРОСТАТИКИ И ЗАКОНА ПАСКАЛЯ
Цель работы заключается в измерении с помощью пружинных манометров гидростатического давления в трёх точках колонны, заглублённых на различную величину под уровень жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести; подтверждении на основании опытных данных основного уравнения гидростатики и закона Паскаля; построении эпюры манометрического давления по глубине.
2. ИЗУЧЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОКОЯ ЖИДКОСТИ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ
Цель работы заключается в наблюдении процесса установления равновесия воды в открытом цилиндре, вращающемся с постоянной угловой скоростью вокруг вертикальной оси; измерении координат пяти точек свободной поверхности жидкости, расположенных от оси вращения на разном расстоянии; измерении высоты параболоида вращения и сравнении её с теоретической (с определением относительного отклонения); построении по опытным данным в масштабе параболоида вращения и двух эпюр манометрического давления (по глубине жидкости, на расстоянии от оси вращения, и по дну цилиндра).
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЫТНЫМ ПУТЕМ СЛАГАЕМЫХ УРАВНЕНИЯ Д.БЕРНУЛЛИ ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ НЕРАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ
Цель работы заключается в определении опытным путем слагаемых уравнения Д. Бернулли для двух сечений стеклянной трубки, а также потери полного напора между сечениями; вычислении средних скоростей потока и отвечающих им скоростных напоров для указанных живых сечений потока жидкости; построении в масштабе по опытным данным пьезометрической линии и линии полного напора.
4. ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА
Цель работы заключается в определении по опытным данным значения коэффициента гидравлического трения и величины коэффициента местного сопротивления для трех видов местных сопротивлений; установлении (с помощью соотношений А. Д. Альтшуля или графика Никурадзе) области гидравлического сопротивления, в которых работали участки напорного трубопровода; вычислении значения коэффициентов гидравлического трения по соответствующим эмпирическим формулам; нахождении справочных значений коэффициентов местных сопротивлений; оценке сходимости опытных коэффициентов гидравлического трения и местного сопротивления с их расчетными (справочными) значениями; построении по опытным данным графика напоров.
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ ЛАМИНАРНОГО И ТУРБУЛЕНТНОГО РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Цель работы заключается в опытном подтверждении существования ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости путем наблюдения процесса окрашивания струйки воды в стеклянной трубке; вычислении по данным опытов значений числа Рейнольдса при ламинарном и турбулентном режимах, сравнении их с критическим; построении по опытным данным графика зависимости потери напора по длине от средней скорости потока, определении с его помощью критической скорости и критического числа Рейнольдса; подтверждении (с помощью построенного графика) пропорциональности потерь напора по длине средней скорости потока в первой степени при ламинарном режиме, а при турбулентном - в степени 1,75 ≤ m ≤ 2.
6. ИЗУЧЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ И НАСАДКИ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ В АТМОСФЕРУ
Цель работы заключается в определении по опытным данным коэффициентов: расхода отверстия, скорости отверстия, сжатия струи и сопротивления отверстия при истечении воды через малое круглое отверстие диаметром 2 см при постоянном напоре в атмосферу; определении величины коэффициентов расхода насадка и сопротивления насадка для внешнего цилиндрического и конических (сходящегося и расходящегося) насадков при постоянном напоре в атмосферу; сравнении значений коэффициентов, полученные в опытах, со справочными и расчете относительных отклонений.
7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА В НАПОРНОМ ТРУБОПРОВОДЕ
Цель работы заключается в определении опытным путем величины повышения давления при прямом гидравлическом ударе в напорном трубопроводе, сравнении ее с теоретической величиной, вычисленной по формуле Н. Е. Жуковского, расчете относительного отклонения.
8. ИЗУЧЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ В ПЕСЧАНОМ ГРУНТЕ НА УСТАНОВКЕ ДАРСИ
Цель работы заключается в подтверждении справедливости закона Дарси путём построения в масштабе (по данным пяти опытов) графиков зависимости скорости фильтрации от градиента напора (графиков для пяти видов песчаного грунта, отличающихся крупностью частиц); определении по построенному графику для одного вида песчаного грунта (указанного преподавателем) средней величины коэффициента фильтрации с указанием её на графике; построении в масштабе по данным одного опыта (указанного преподавателем) эпюры напоров (графика изменения напора по пути фильтрации).
9. ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ Д. БЕРНУЛЛИ НА НАПОРНОМ ТРУБОПРОВОДЕ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ ПО СЕМИ МЕРНЫМ СЕЧЕНИЯМ ТРУБОПРОВОДА
Цель работы заключается в наблюдении перехода удельной энергии в потоке из потенциальной в кинетическую энергию и обратно в соответствии с уравнением Д. Бернулли на напорном трубопроводе переменного сечения по пьезометрам, а также, построении пьезометрической и напорной линии для целого потока по опытным данным.
10. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Цель работы заключается в установке не менее 8-10 различных режимов работы насоса с помощью задвижки, открытие которой изменяется от 0 до 100%; снятии при каждом режиме показаний приборов (манометра, вакууметра, весов, тахометра и дифференциального манометра); вычислении параметров, необходимых для построения напорной и энергетической характеристик насоса.
11. КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Цель работы заключается в установке не менее трех различных режимов работы насоса с помощью задвижки, открытие которой изменяется от 0 до 100%; снятии показаний приборов (манометра, выкууметров, тахометра и дифференциального манометра) при каждом открытии задвижки (последовательно устанавливая вакууметрическое давление на поверхности резервуара от 0 до 95 кПа); вычислении параметров, необходимых для построения частных кавитационных и кавитационной характеристик насоса.
12. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
Целью виртуальной лабораторной работы является программная имитация физического процесса прохождения воздуха через коллектор под давлением, создаваемым центробежным вентилятором с возможностью интерактивного участия пользователя в выполнении основных действий лабораторной работы. В процессе выполнения виртуальной лабораторной работы пользователем производятся замеры основных опытных параметров – давления воздушного потока в двух сечениях всасывающего трубопровода и в одном сечении нагнетательного трубопровода, а также фиксируются показания тахометра и ваттметра, установленных на специальном измерительном щите.
13. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ В СЕЧЕНИИ КРУГЛОЙ ТРУБЫ
Цель работы заключается в измерении скорости потока жидкости в сечении круглой трубы с помощью угловой трубки полного напора. Отбор давления на стенке трубы для измерения пьезометрического напора производится через отверстия в нескольких точках периметра стенки, объединенных выравнивающим коллектором, из которого давление подводится к измерительному прибору.
