Практическое задание для допуска к виртуальным лабораторным работам уравнение д. Бернулли
 Скачать 2.26 Mb.
|
Лабораторная работа 1«Определение гидростатического давления жидкости»Тема. Общие законы управления статики жидкостей: гидростатическое давление и его свойства, виды давления жидкости. Методические указания Все жидкости на Земле находятся под давлением поверхностных и массовых сил. К поверхностным относятся силы, действующие на поверхность, отделяющую рассматриваемый объём жидкости от газовой или твёрдой фазы. Например, сила давления атмосферного воздуха или поршня на поверхность жидкости. К массовым относятся силы, направления и величина которых обусловлены 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) и одной массовой силы (силы тяжести). В результате действия этих сил внутри жидкости возникает давление, которое в любой точке определяется как  где рабс – 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.  . (1.2)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. Давление р в какой-либо точке жидкости, возникающее под действием только силы тяжести, называют единичным гидростатическим давлением. Единичное гидростатическое давление зависит от глубины погружения точки и веса жидкости над данной точкой: p = gh, (1.3) где  – плотность жидкости (отношение массы жидкости к её объёму), кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; h – расстояние от точки в объёме жидкости до свободной поверхности, м.Под свободной поверхностью понимается поверхность раздела фаз (например, жидкость – газ или жидкость – твёрдое тело). Если на свободную поверхность жидкости действует атмосферное давление Ро, то общее или абсолютное давление в точке жидкости будет рабс = р0 + ризб. (1.4) В этом случае единичное гидростатическое давление называют избыточным давлением и обозначают ризб. Если на свободную поверхность жидкости действует давление рм – больше, чем атмосферное (pм > ра), то абсолютное давление в точке жидкости: рабс = р0 + (рм + gh) = р0 + ризб.. (1.5)В таком случае под избыточным давлением понимают сумму давлений манометрического рм и гидростатического. Выражения (1.3) и (1.4) называются основными уравнениями гидростатики и позволяют рассчитать абсолютное или избыточное давление в любой точке объёма жидкости, находящейся под действием одной массовой силы (силы тяжести) и одной поверхностной силы (силы давления на свободную поверхность). Гидростатическое давление в СИ измеряется в паскалях: 1 Па =1 Н/м2. Избыточное давление измеряется манометром. Наиболее распространены стрелочные манометры мембранного и сильфонного типов. Другим прибором, не менее распространённым, для измерения избыточного давления является жидкостной манометр (пьезометр), представляющий собой стеклянную вертикальную трубку, одним концом присоединённую к ёмкости с жидкостью. Другой конец соединён с атмосферой. Пьезометр даёт показание избыточного давления, выраженного в метрах столба жидкости, заполняющей пьезометр. Для измерения давления, равного одной атмосфере (9,81·104 Па), потребуется пьезометр с высотой трубки, заполненной водой:  , .Плотность воды = 1000 кг/м3 при температуре t = 20 °С.При измерении аналогичного давления ртутным пьезометром (плотность ртути = 13 600 кг/м3): h = 0,735 м = 735 мм.Таким образом, давление в 1 атмосферу можно выразить в наиболее распространённых для гидравлических приборов единицах следующим образом: 1 атм. (кгс/см2) = 1·104 кгс/м2 = 9,81·104 Н/м2 (Па) = 10 м в. 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, Н/м2, Па, мм рт. ст. учитывая, что манометр имеет сто элементарных делений. 2. Определить плотность второй жидкости, считая, что в левом дифференциальном пьезометре – вода. Схема установки представлена на рис. 1.1.  Рисунок 1.1 – Схема установки С помощью насоса 1 в ограниченном объёме 2 создаётся 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 (1.3), рассчитывают цену деления манометра 3 и плотность жидкости в правом пьезометре. Порядок выполнения виртуальной лабораторной работы Для начала работы воздушного насоса достаточно нажать кнопку «Пуск» или клавишу «р», остановить его можно в любой момент кнопкой «Стоп» или клавишей «s». Замеры высот столбиков жидкостей в дифференциальных пьезометрах проводятся при помощи горизонтальной линии плоскости АВ и измерительной линейки. И плоскость, и линейка перемещаются по экрану с помощью левой кнопки мыши, кроме того, линейка может перемещаться клавишами со стрелками, расположенными на кейборде. Обратите внимание на размерность делений измерительной линейки – «×2 метра» означает, что общая длина её составляет 6×2 = 12 метров. В процессе работы для повышения точности отсчёта 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». Вернуться в обычный режим можно, снова вызвав то же меню и выбрав пункт «Show Аll». Для повышения точности расчетов опыт следует повторить не менее трёх раз и вывести среднее значение цены деления и плотности. Приводить работу в исходное состояние нужно при помощи кнопки «сброс». Отчет о выполнении лабораторной работы: цель работы; схема лабораторного стенда; принятые формулы для расчета параметров; таблица результатов проведенного лабораторного эксперимента и расчетов; общие выводы по работе. |