КР. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МЕХАНИКЕ ЖИДКОСТИ (ГИДРАВЛИКА). Лабораторная работа 2 1 Определение гидростатического давления Основные понятия о гидростатическом давлении

• Название: Лабораторная работа 2 1 Определение гидростатического давления Основные понятия о гидростатическом давлении
• Дата: 29.09.2022
• Размер: 252.73 Kb.
• Имя файла: ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МЕХАНИКЕ ЖИДКОСТИ (ГИДРАВЛИКА).docx
• Тип: Лабораторная работа; #704936

2.2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МЕХАНИКЕ ЖИДКОСТИ (ГИДРАВЛИКА)

Лабораторная работа №2.2.1 «Определение гидростатического давления»

Основные понятия о гидростатическом давлении

Все жидкости на Земле находятся под давлением поверхностных и массовых сил.

К поверхностным относятся силы, действующую на поверхность, отделяющую рассматриваемый объем жидкости от газовой или твер­дой фазы. Например, сила давления атмосферного воздуха или порш­ня на поверхность жидкости.

К массовым относятся силы, направление и величина которых обусловлена массой самой жидкости. Например, сила тяжести, силы инерции, центробежная, центростремительная и т. п.

Наиболее простым и часто встречающимся в природе и технике слу­чаем равновесия (покоя) жидкости является равновесие под действием одной поверхностной силы (силы давления на свободную поверхность жидкости) F и одной массовой силы (силы тяжести) G.

В результате действия этих сил внутри жидкости возникает давле­ние, которое в любой точке определяется по формуле:



где p_а6с — абсолютное единичное гидростатическое давление в точке жидкости, Н/м²; F— сила давления на свободную поверхность жидкости над рассматриваемой точ­кой, Н; G — сила гидростатического давления, численно равная весу жидкости над рас­сматриваемой точкой, Н; S— площадь поверхности, на которую действуют силы F и G, м².

Давление Р в какой-либо точке жидкости, возникающее под дейс­твием только силы тяжести, называют единичным гидростатическим давлением:



Единичное гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами — давление в точке по всем направлениям действует с одинаковой силой, и эта сила направлена всегда по внутренней нор­мали (перпендикуляру) к площадке. Иными словами, единичное гид­ростатическое давление — это сжимающее напряжение, возникающее в жидкости под действием сил тяжести.

Единичное гидростатическое давление зависит от глубины погру­жения точки и веса жидкости над данной точкой:

г де у = рh — удельный вес жидкости (отношение веса жидкости к ее объему), Н/м³; р= т/V— плотность жидкости (отношение массы жидкости к ее объему), кг/м³; h — расстояние от точки в объеме жидкости до свободной поверхности, м.

Под свободной поверхностью понимается поверхность раздела фаз (например, жидкость — газ или жидкость — твердое тело).

Если на свободную поверхность жидкости действует атмосферное давление р₀, то общее или абсолютное давление в точке жидкости:

В этом случае единичное гидростатическое давление называют из­быточным давлением и обозначают р_изб.

Если на свободную поверхность жидкости действует давление р_ы — больше, чем атмосферное (р_м>р_а), то абсолютное давление в точке жидкости:

В этом случае под избыточным давлением понимают сумму давле­ний манометрического р_м и гидростатического, равного pgh.

Выражения (2.3) и (2.4) называются основными уравнениями гид­ростатики и позволяют рассчитать абсолютное или избыточное давле­ние в любой точке объема жидкости, находящейся под действием од­ной массовой силы (силы тяжести) и одной поверхностной силы (силы давления на свободную поверхность).

Гидростатическое давление в системе СИ измеряется в Паскалях: 1 Па= 1 Н/м².

Определение давления и плотности

Избыточное давление измеряется манометром. Наиболее распро­странены стрелочные манометры мембранного и сильфонного типов.

Другим, не менее распространенным прибором для измерения из­быточного давления, является жидкостной манометр (пьезометр),

представляющий собой стеклянную вертикальную трубку, одним кон­цом присоединенную к емкости с жидкостью. Другой конец соединен с атмосферой. Пьезометр дает показание избыточного давления, вы­раженного в метрах столба жидкости, заполняющей пьезометр. Из уравнения (2.3) высота жидкости в пьезометре:



Так, для измерения давления, равного одной атмосфере (9,81 • 10⁴Па), потребуется пьезометр с высотой заполненной водой трубки



(плотность воды р_в = 1000 кг/м³ при температуре t= 20°С).

Таким образом, при измерении давления пьезометром, заполнен­ным водой, мы получим показание давления, выраженное в метрах водного столба: р = 10 м вод. ст. = 1 атм.

При измерении аналогичного давления ртутным пьезометром (плотность ртути р_р = 13600 кг/м³):



В этом случае то же давление будет выражено в миллиметрах ртут­ного столба: р = 735 мм рт. ст. = 1 атм.

Таким образом, давление в 1 атмосферу можно выразить в наибо­лее распространенных для гидравлических приборов единицах следу­ющим образом: 1 атм (кгс/см²) = 1 • 10⁴ кгс/м² = 9,81 • 10⁴ Н/м² (Па) = 10 м вод. ст. = 735 мм рт. ст.

Для определения разности давлений в двух произвольно взя­тых точках применяют жидкостной дифференциальный (разно­стный) манометр, который представляет собой U-образную вер­тикальную трубку, заполненную жидкостью (чаще всего водой или ртутью). Жидкостной дифманометр дает показания разности (перепада) давлений, выраженной в метрах столба налитой в него жидкости.

В пространстве, заполненном покоящейся жидкостью, всегда можно найти поверхность, на протяжении которой гидростатичес­кое давление не меняется. Такие поверхности называют поверхнос­тями равного давления или поверхностями уровня. Поверхности уровня не пересекаются между собой и расположены нормально направлению массовых сил. Так, в жидкости, находящейся в покое под действием силы тяжести, поверхность уровня — горизонталь­ная плоскость.

Цель работы:

1. 
   Определить цену деления стрелочного манометра в атмосферах, кгс/м², м вод. ст., мм рт. ст, Па, учитывая, что манометр имеет сто эле­ментарных делений.
   
2. 
   Определить плотность второй жидкости, считая, что в левом дифференциальном пьезометре — вода.
   

Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рис. 2.9.



Рис. 2.9. Принципиальная схема установки

С помощью насоса 1 в ограниченном объеме 2 создается соответс­твующее давление, которое фиксируется манометром 3, а также двумя дифференциальными пьезометрами 4, заполненными: левый — во­дой, правый жидкостью неизвестной плотности.

По манометру 3 устанавливают давление, далее снимают показания дифференциаль­ных пьезометров и, подставляя эти значения в уравнение (2.3), рассчитывают цену деле­ния манометра 3 и плотность жидкости в пра­вом пьезометре.



Измеренное давление необходимо выра­зить в пяти различных единицах и внести в табл. 2.1.

Правила и порядок выполнения виртуальной работы

В данной работе требуется определить плотность жидкости в пра­вом пьезометре и цену деления механического манометра, учитывая, что в левом пьезометре вода.

Для начала работы воздушного насоса достаточно нажать кнопку «ПУСК» или клавишу <Р>, остановить его можно в любой момент кнопкой «СТОП» или клавишей . Клавиши действуют только в режиме английской раскладки клавиатуры «Еп».

Замеры высот столбиков жидкостей в дифференциальных пьезо­метрах проводятся при помощи горизонтальной линии плоскости АВ и измерительной линейки, рис. 2.10. И плоскость, и линейка переме­щаются по экрану с помощью левой кнопки мыши, кроме того, ли­нейка может перемещаться клавишами со стрелками, также располо­женными на клавиатуре.



Рис. 2.10. Состояние измерения опытных данных

Обратите внимание на размерность шкалы измерительной линейки — х2 метра, это означает, что общая длина ее составляет 6x2=12 метров.

В процессе работы, для повышения точности отсчета показаний линейки и стрелки манометра вы свободно можете увеличивать масш­таб экрана и перемещать его содержимое при помощи левой кнопки мыши, для этого на любом месте экрана правой кнопкой мыши вызо­вите соответствующее меню и выберите пункт «Zoom in» — рис. 2.11.



Рис. 2.11. Вызов меню при помощи правой кнопки мыши

Как только увеличение произошло, указатель мыши превращается в изображение руки и становится возможным перемещать все содержи­мое экрана при помощи нажатой левой кнопки мыши.

Для того чтобы вернуться в обычный режим, нужно снова вызвать правой кнопкой то же меню и выбрать пункт «Show All» — рис. 2.12.



Рис. 2.12. Вид увеличенного участка измерения после включения команды «Zoom In» и повторный вызов контекстного меню