Вимірювання розходу рідини з використанням рівняння Бернуллі

1. Запустіть середовище програмування Eclipse. Створіть новий Java проект з назвою LR_5.

2. Створіть новий клас з назвою Zavdannja5_1.

3. Наберіть наступний програмний код та ознайомтесь зі скелетною схемою аплета:

import java.awt.*;

import java.applet.*;

//скелетна схема(скелет) апплета

public class AppletSceletPrezent extends Applet {

// викликається першим

public void init() {

// ініціалізація

}

// викликається другим

// також викликається після перезапуску аплета

public void start() {

// початок або продовження виконання

}

// викликається коли аплет зупинений

public void stop() {

// призупиняє виконання

}

// викликається коли аплет завершується

// це останній виконуваний метод

public void destroy() {

// виконує завершуючі дії

}

// викликається коли вікно аплета повинно бути перемальовано

public void paint(Graphics g) {

// другий показ вмістимого вікна

}

}

4. Наступна програма демонструє встановлення кольору тексту та фону:

import java.awt.*;

import java.applet.*;

public class AppletSample extends Applet {

String sms;

public void init() {

setBackground(Color. black);

setForeground(Color. red);

sms = "метод init() -> ";

}

public void start() {

sms += "метод start() -> ";

}

public void paint(Graphics g) {

sms += " метод paint().";

g.drawString(sms, 10, 30);

}

}

5. Кожний раз коли необхідно обновити інформацію відображену у вікні,то викликається метод repaint(). Приклад застосування цього методу наведений нижче:

import java.awt.*;

import java.applet.*;

public class Zagolovok extends Applet implements Runnable {

String sms = "Бігаючий рядок...";

Thread t = null;

int state;

boolean stopFlag;

public void init() {

setBackground(Color. black);

setForeground(Color. red);

}

public void start() {

t = new Thread(this);

stopFlag = false;

t.start();

}

public void run() {

char ch;

for (;;) {

try {

repaint();

Thread. sleep (100);

ch = sms.charAt(0);

sms = sms.substring(1, sms.length());

sms += ch;

if (stopFlag)

break;

} catch (InterruptedException e) {

}

}

}

public void stop() {

stopFlag = true;

t = null;

}

public void paint(Graphics g) {

g.drawString(sms, 10, 30);

}

}

6. Крім відображення інформації в своєму вікні, апплет може також виводити повідомлення у вікні стану браузера або програми перегляду апплетів (appletviewer), яка виконує його. Для цього необхідно викликати метод showStatus() та вказати в якості аргумента рядок відображення:

.

.

.

public void paint(Graphics g) {

g.drawString(sms, 10, 30);

showStatus("Вікно статусу в якому виведено повідомлення");

}

.

.

.

7. Java дозволяє завантажувати в аплет дані із каталогу, який містить HTML-файл, що завантажив аплет(getDocumentBase()) і каталогу з якого був завантажений class-файл аплету (getCodeBase()). Ці методи повертають вказані каталоги у вигляді URL-об’єктів. Наступний програмний код демонструє використання цих методів:

import java.awt.*;

import java.applet.*;

import java.net.URL;

 

public class Base extends Applet {

public void paint(Graphics g) {

String message;

URL url = getCodeBase();// одержати базу коду

message = "Code base: " + url.toString();

g.drawString(message, 10, 20);

url = getDocumentBase();// одержати базу документу

message = "Document base: " + url.toString();

g.drawString(message, 10, 40);

 

}

}

8. Інколи виникає необхідність оброблення подій миші(натискування, переміщення і т.д.). Для цього в Java передбачені інтерфейси MouseListener та MouseMotionListener. Наступний приклад представляє цей процес:

import java.applet.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.MouseEvent;

import java.awt.event.MouseListener;

import java.awt.event.MouseMotionListener;

 

public class MouseEvents extends Applet implements MouseListener,

MouseMotionListener {

String msg = "";

int mouseX = 0, mouseY = 0;// координати маніпулятора "миш"

 

public void init() {

addMouseListener(this);// регістрація себе як блоку прослуховування

// mouse-подій

addMouseMotionListener(this);// регістрація себе як блоку

// прослуховування MouseMotion-подій

}

 

// Обробка перетягування миші

public void mouseDragged(MouseEvent me) {

mouseX = me.getX();

mouseY = me.getY();

msg = "*";

showStatus("Dragging mouse at " + mouseX + ", " + mouseY);

repaint();

 

}

 

// Обробка переміщення миші

public void mouseMoved(MouseEvent me) {

showStatus("moving mouse at " + me.getX() + ", " + me.getY());

}

 

public void paint(Graphics g) {

g.drawString(msg, mouseX, mouseY);

}

 

// Обробка кліку миші

public void mouseClicked(MouseEvent me) {

mouseX = 0;

mouseY = 10;

msg = "Mouse clicked.";

repaint();

 

}

 

// Обробка вводу миші в області вікна

public void mouseEntered(MouseEvent me) {

// збереження координат

mouseX = 0;

mouseY = 10;

msg = "Mouse entered.";

repaint();

}

 

public void mouseExited(MouseEvent me) {

mouseX = 0;

mouseY = 10;

msg = "Mouse exited.";

repaint();

}

 

// Обробка натискання кнопки

public void mousePressed(MouseEvent me) {

mouseX = me.getX();

mouseY = me.getY();

msg = "Down";

repaint();

 

}

 

// Обробка вивільнення кнопки

public void mouseReleased(MouseEvent me) {

mouseX = me.getX();

mouseY = me.getY();

msg = "Up";

repaint();

 

}

}

9. Щоб обробляти події з клавіатури, використовується така сама архітектури, що і в попередньому прикладі з подіями миші. Єдиною різницею є те, що необхідно використовувати інтерфейс KeyListener. Коли клавіша натиснута, то генерується подія KEY_PRESSED, а це приводить до запиту оброблювача подій KeyPressed(). Коли клавіша відпускається, то генерується подія KEY_RELEASED і виконується оброблювач KeyReleased(). Якщо натискуванням клавіші згенерований символ, то посилається повідомлення про подію KEY_TYPED і викликається оброблювач KeyTyped(). Таким чином кожний раз коли користувач натискає клавішу, то генерується як мінімум дві і часто і три події. Наступний програмний код демонструє ввід з клавіатури. Він відображає у вікні аплет-символи клавіш і показує стан натиску/відпуску кожної клавіші у вікні стану:

import java.applet.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

public class SimpleKey extends Applet implements KeyListener {

String msg = "";

int X = 10, Y = 20;

public void init() {

addKeyListener((KeyListener) this);

requestFocus();

}

public void paint(Graphics g) {

g.drawString(msg, X, Y);

}

public void keyPressed(KeyEvent ke) {

showStatus("Key Down");

}

public void keyReleased(KeyEvent ke) {

showStatus("Key Up");

}

public void keyTyped(KeyEvent ke) {

msg += ke.getKeyChar();

repaint();

}

}

10. Якщо потрібно обробити спеціальні клавіші типу клавіш переміщення курсору або функціональних клавіш необхідно звернутись до них в оброблювачі KeyPressed(). Вони недоступні через KeyTyped(). Наступний аплет виводить ім’я декількох спеціальних клавіш:

import java.applet.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

public class KeyEvents extends Applet implements KeyListener {

String msg = "";

int X = 10, Y = 20;

public void init() {

addKeyListener((KeyListener) this);

requestFocus();

}

public void paint(Graphics g) {

g.drawString(msg, X, Y);

}

public void keyPressed(KeyEvent ke) {

showStatus("Key Down");

int key = ke.getKeyCode();

switch (key) {

case KeyEvent. VK_F1:

msg += "Клавіша F1\n";

break;

case KeyEvent. VK_F2:

msg += "Клавіша F2\n";

break;

case KeyEvent. VK_F3:

msg += "Клавіша F3\n";

break;

case KeyEvent. VK_F4:

msg += "Клавіша F4\n";

break;

case KeyEvent. VK_F5:

msg += "Клавіша F5\n";

break;

case KeyEvent. VK_F6:

msg += "Клавіша F6\n";

break;

case KeyEvent. VK_LEFT:

msg += "Клавіша <-\n";

break;

case KeyEvent. VK_RIGHT:

msg += "Клавіша ->\n";

break;

case KeyEvent. VK_PAGE_UP:

msg += "Клавіша PAGE UP\n";

break;

}

repaint();

}

public void keyReleased(KeyEvent ke) {

showStatus("Key Up");

}

public void keyTyped(KeyEvent ke) {

msg += ke.getKeyChar();

repaint();

}

}

 

11. Результати виконання лабораторної роботи 6 збережіть у звіт та зробіть відповідні висновки.

 

 

Контрольні запитання

1. Що таке аплет?

2. Які основні методи при роботі з аплетами ви знаєте?

3. Який метод використовують для того, щоб обновити інформацію відображену у вікні?

Вимірювання розходу рідини з використанням рівняння Бернуллі

Мета роботи. Ознайомитись з принципами вимірювання розходу рідини за допомогою реометру, що працює використовуючи модель загального гідродинамічного напору на основі рівняння Бернуллі.

Сучасний розвиток будь-якої технології вимагає забезпечення переміщення технологічних рідин і газів по трубопроводах. Для контролю цього транспортного процесу необхідно отримувати інформацію про дійсний розхід речовини на різних ділянках трубопроводів. Вимірювання цієї величини часто здійснюється спеціальними приладами – витратомірами, що працюють із використанням закону (рівняння) Бернуллі, найважливішим висновком з якого є незмінність енергетичних характеристик потоку рідини вздовж всієї довжини його переміщення.

Використання дроселюючи пристроїв (вузьких отворів, які встановлюють на шляху переміщення рідини) і вимірювання різниці тисків перед і після дроселю дозволяє досить точно виміряти розхід речовини.

В рамках виконання даної роботи ми ознайомимось з принципом роботи такого пристрою.

Без урахування внутрішніх втрат енергії на подолання тертя рівняння Бернуллі можна записати у виді

У цьому рівнянні Z_i - геометричний (нівелірний) напір, який відображає потенційну енергію рідини у точці вимірювання у гравітаційному полі Землі; P_i/ - статичний напір, зумовлений вагою рідини; W_i²/2g - динамічний або швидкісний напір, зумовлений кінетичною енергією руху рідини. Перші два члени об’єднують у гідростатичний напір, другий тоді можна назвати гідродинамічним. З рівняння Бернуллі випливає, що сума гідростатичного і гідродинамічного напру – величина незмінна. Тобто, частина одного напору може перетворюватись у інший.

На цьому принципі заснована робота витратомірів із змінним перепадом тиску. Основний елемент таких пристроїв – дросельна перегородка з отвором, яка монтується в трубі на шляху потоку рідини або газу. При проходженні потоку через таку перегородку збільшується швидкість, а отже й динамічний напір. При цьому відповідно зменшується значення статичного напору. Різниця між статичними напорами до і після дроселя фіксується за допомогою диференціального манометра, один вивід якого приєднується до дроселюючого пристрою, а інший – після нього. Проградуювавши диференційний манометр для різних розходів рідини, можна надалі вимірювати їх по перепаду рівнів у колінах диференційного манометру.

 

ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Принципова схема лабораторної установки наведена на рисунку.

Рисунок. Схема лабораторної установки для градуювання

 

Основним апаратом установки є лабораторний реометр (1), що являє собою капіляр, кінці якого приєднані до диференціального манометра. Реометр (1) за допомогою триходового крана (2) зв’язаний або з атмосферою, або з аспіратором (3), який слугує для вимірювання кількості газу, що пройшов через реометр за певний час. Аспіратор має зливний відвід із запірним краном (4). Аспіратор з’єднаний з манометром (5), один вивід якого відкритий на атмосферу. Рідина з аспіратора зливається в мірний об’єм (6). Вода в аспіратор подається з міської мережі через запірний кран (7). Джерело потоку газу – повітродувка (8). Надлишок повітря викидається в атмосферу через відвід із запірним краном (9).

Основний зміст роботи полягає в тому, щоб проградуювати диференційний манометр таким чином, щоб перепад рівнів у ньому можна було використовувати для вимірювання розходу повітря, яке подається з аспіратора.

 

ХІД ВИКОНАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

1. Підготувати установку до роботи. Для цього відкрити на атмосферу кран (2) з боку аспіратора (3); обережно відкрити кран (7); повільно заповнити аспіратор водою. Далі відкривають кран (2) на атмосферу, але вже з боку реометра (1).

2. При відкритих на атмосферу кранах (2) і (9) вмикають повітродувку (8).

3. Поступово прикриваючи кран (9), подати певний потік повітря через реометр (1), що фіксується за висотою стовпа рідини h₁ у манометрі.

4. За допомогою триходового крану (2) з'єднують реометр з аспіратором (вихід в атмосферу перекритий!). Майже одночасно відкривають зливний кран (4) і встановлюють таку швидкість витікання води, за якої різниця рівнів у манометрі (5) (h₅) була би близька до нуля. Це означає, що газ поступає в аспіратор при атмосферному тиску. Після цього за допомогою лінійки вимірюють перепад рівнів у реометрі (h₁). Паралельно визначають час заповнення водою з аспіратора мірного об’єму (6) (за секундоміром). Об’єм води, що має набратись у мірний посуд (6) V₆ задається викладачем (0,5, чи 1 л). Перед початком виміру замінюють посуд (6) із рідиною, що витекла з аспіратора в період підготовки системи, на незаповнений посуд (6).

5. Вимірювання за пунктом 4 (для кожного значення h₁) повторюють 3-5 разів (за вказівкою викладача), оцінюють відтворюваність результатів; знаходять середні значення h_1сер та .

6. 3’єднати кран (2) із боку реометра (1) з атмосферою та завдання пп. 3-5 повторити 6-8 разів для різних висот h₁ (за всією шкалою реометра (1).

7. Одержані експериментальні дані заносять у таблицю.

Таблиця

№	h1, мм	, c	, с	h1сер, мм
			х	х	х
			х	х	х
			х	х	х
			х	х	х
			х	х	х
Середні	х	х

 

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

1. Виходячи з даних вимірювань розрахувати об’ємну витрату і занести результат у таблицю.

2. Побудувати графік функцій = f(h_1сер) і та пояснити їх характер.

3. Побудувати калібрувальну криву реометра в координатах = f(h_1сер). Пояснити, як користуватися цією кривою в практичній роботі.

4. На основі калібрувальної кривої побудувати шкалу реометра для заданого капіляра. Витрату газу на шкалі навести в л/хв. Ціну поділки шкали дати через 0,1 або 0,01 л/хв (залежно від діаметра капіляру).

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Рівняння Ейлера, Бернулі та нерозривності потоку (з виведенням).

2. Основні способи вимірювання витрати газу й рідини та їх характеристика.

3. Гідравлічні опори, їх походження та характеристика.

4. Способи створення напору під час переміщення газів і рідин.

5. Основні типи насосів і компресорів (будова та принцип дії).

6. Вимірювання витрати рідини та газу за допомогою приладів постійного перепаду (ротаметри, п’єзометри).

ЛІТЕРАТУРА

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - С. 49 - 53, 56 - 64, 87 - 94, 136 - 137, 144 - 147, 151 - 153.

2. Солтис М., Закордонський В. Теоретичні основи процесів хімічної технології: Навч. посібник. Львів: ЛНУ, 2002. С.132-160.

3. Гончаров А.І., Середа І. П. Хімічна, технологія: Київ: Вища школа, 1979. Частина І. С. 78-84, С.88-95.

 

Лабораторна робота 2

(Теоретично-розрахункова робота)