Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие

• Название: Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие
• Дата: 31.03.2023
• Размер: 4.09 Mb.
• Имя файла: virtualnyj-laboratornyj-praktikum_color.docx
• Тип: Практикум; #1027990
• страница: 2 из 31

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ,

КАСАЮЩИЕСЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ, РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОСТАВЛЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТОВ О РАБОТАХ И ИХ ЗАЩИТЕ

1. 
   Текстовую часть отчета о каждой лабораторной работе студент должен представлять на отдельных листах белой писчей бумаги формата А4 (210 × 297 мм), а графическую (схему установки и график, построенный в масштабе по опытным данным) ‒ на миллиметровой или потребительской бумаге в клетку. При этом весь графический материал, в том числе надписи и обозначения на нем, должен быть выполнен карандашом. При вычерчивании графиков на осях координат должны быть нанесены шкалы, представлены обозначения откладываемых величин и их размерность.
   
2. 
   Каждый рисунок в отчете должен иметь порядковый номер и пояснительную надпись, располагаемые под рисунком.
   
3. 
   К выполнению работы допускаются студенты, оформившие в соответствии с изложенными ниже требованиями подготовительную часть отчета, включающую:
   

а) название работы и цель ее выполнения;

б) основные теоретические положения работы (в конспективном изложении);

в) схему установки, а также рисунки, поясняющие физическую картину изучаемого гидравлического явления;

г) таблицы для записи опытных данных и результатов вычислений.

4. 
   После окончания работы результаты измерений и вычислений должны быть предъявлены преподавателю для подписи.
   
5. 
   Для получения оценки (в баллах) за выполненную лабораторную работу студент должен представить преподавателю полностью оформленный отчет, т. е. отчет, дополненный результатами вычислений, графическим материалом, а также выводами (заключением) по работе, ответами на контрольные вопросы, и защитить его.
   

Виртуальная лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ГИДРОСТАТИКИ И ЗАКОНА ПАСКАЛЯ
Вводная часть

Гидростатическим давлением р называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил:


∆𝑆
𝑝 = lim_∆𝑆→0 ^∆𝐹 , (1)

где ΔF ‒ элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н; ΔS ‒ элементарная площадка действия, м².

Из формулы (1) видно, что гидростатическое давление p есть предел отношения элементарной гидростатической силы ΔF к элементарной площади действия ΔS, когда последняя стремится к нулю.

За единицу гидростатического давления принято равномерно распределенное давление в один Паскаль, Па, т. е., создаваемое силой 1 Н на площади 1 м², или p = 1 Па = 1 Н/м².

Гидростатическое давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называют абсолютным р_абс, а отсчитываемое от атмосферного давления р_ат – избыточным р_изб, следовательно:

𝑝_абс = 𝑝_ат + 𝑝_изб . (2)

Очевидно, что

𝑝_изб = 𝑝_абс − 𝑝_ат. (3)

В гидравлических расчетах величину нормального атмосферного давления считают равной p_ат = 98100 ≈ 10⁵ Па [1, 2].

Из формулы (3) видно, что в зависимости от соотношения между р_абс и р_ат, избыточное давление р_изб может быть положительной и отрицательной величиной. Положительное избыточное давление называют манометрическим, а отрицательное – вакуумметрическим. Приборы, применяемые для измерения +р_изб и ‒р_изб, называют манометрами и вакуумметрами соответственно.

По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические.

Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к точке, где измеряется манометрическое давление.

Манометрическое давление р_изб, выраженное через показания пьезометра:

𝑝_изб = 𝜌𝑔ℎ_𝑝изб, (4)

где ρg = γ ‒ объемный вес жидкости; ℎ_𝑝изб ‒ пьезометрическая высота, т. е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нем [3, 4].

Работа механических приборов основана на деформации под воздействием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Заметим, что пружинный манометр показывает давление в точке жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра по высоте не совпадают, в показание манометра р_м вводят поправку ±ρgz_м:

𝑝_изб = 𝑝_м ± 𝜌𝑔𝑧_м , (5)

где z_м ‒ превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, м.

В данной лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.

Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления р по глубине h описывается основным уравнением гидростатики:

𝑝 = 𝑝₀ + 𝜌𝑔ℎ , (6)

где р ‒ гидростатическое давление в жидкости на глубине h, Па; p₀ ‒ внешнее давление, т. е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па; h ‒ глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м; 𝜌𝑔ℎ ‒ весовое давление, т. е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости высотой h, Па [1–5].

Как видно из уравнения (6), при p₀ = const и ρg = const давление p с изменением величины h меняется по линейному закону, что предстоит подтвердить опытами. Вычислив по уравнению (6) давление p в двух точках, заглубленных на разную величину h, можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления.

Из уравнения (6) следует также, что внешнее давление p₀ в покоящейся жидкости передается во все точки ее объема без изменения. Это следствие называют законом Паскаля: «Внешнее давление, приложенное к поверхности жидкости, находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точки жидкости без изменения».

Справедливость этого закона предстоит проверить опытным путем в данной работе.