Изучение основных физических свойств жидкостей. Лабораторная 1. Лабораторная работа 2 по курсу Механика жидкости и газа Изучение приборов для измерения давления отчет

• Название: Лабораторная работа 2 по курсу Механика жидкости и газа Изучение приборов для измерения давления отчет
• Анкор: Изучение основных физических свойств жидкостей. Лабораторная 1
• Дата: 06.04.2023
• Размер: 308.48 Kb.
• Имя файла: LR2_5Ss-21_Trofimets (1).docx
• Тип: Лабораторная работа; #1040747

Министерство образования и науки
Российской Федерации

ФГБОУ АлтГТУ им. Ползунова И.И.

Кафедра «Инженерные сети,
теплотехника и гидравлика»

Лабораторная работа №2
по курсу «Механика жидкости и газа»

«Изучение приборов для измерения давления»

ОТЧЕТ

ЛР 08.03.01.02.000 ОТ

Выполнил
студент 5С(с)-21 Трофимец О.В.
Проверил
кафедры ИСТиГ Веригина Я.Ю.

Работа принята с оценкой_________

Барнаул 2023
Содержание

1Цель и задачи 4

2Основные теоретические положения 4

3Схема установки 6

4Протокол измерений 7

5Обработка экспериментальных данных 8

6Анализ полученных результатов 8

7Вывод 8

8Контрольные вопросы 8

9Список литературы 9

1. Цель и задачи

Цель – совершенствование навыков постановки и проведения гидравлических экспери

ментов, получение основных сведений об измерении давлений.

Задача – изучение устройства, принципа действия и применения приборов для измерения давления;

– измерить гидростатическое давление жидкостными приборами.

2. Основные теоретические положения

Длительно действующее давление называют статическим, кратковременно действующее — мгновенным или динамическим.

В покоящихся газах и жидкостях давление является гидростатическим. Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение в неподвижной жидкости, т.е. силу, действующую на единицу площади поверхности по нормали к ней. За единицу измерения давления в международной системе единиц принят паскаль ( ).

Различают абсолютное, внешнее (в случае открытого резервуара равно атмосферному) и избыточное (манометрическое и вакуумметрическое) давления.

Абсолютное (полное) давление p в любой точке покоящейся жидкости отсчитывается от абсолютного вакуума и определяется по основному уравнению гидростатики

(2.1)

где р₀ (р_вн)– внешнее давление (давление на свободной поверхности жидкости), передаваемое по закону Паскаля в любую точку жидкости без изменения;

р_избизбыточное давление, определяемое величиной ghили γh;

ρ – плотность жидкости;

γ=g – удельный вес;

h – глубина погружения точки под уровень свободной поверхности.

Как отмечалось выше в случае открытого резервуара внешнее давление р₀ равно атмосферному р_атм, которое создаётся силой тяжести воздуха атмосферы и принимается в расчётах равным 101325 Па или 760 мм рт.ст.

Избыток давления над внешним (атмосферным) называют манометрическим давлением. Избыточное давление в жидкости изменяется с глубиной по линейному закону: р_м = р_изб = gh = γh.

Абсолютное давление не может быть отрицательным, так как жидкость не сопротивляется растяжению. Избыточное давление как разность (р_атм - р_вн) может быть как больше, так и меньше нуля. Отрицательное избыточное давление называют вакуумметрическим, а условие, при котором это достигается – вакуумом.

Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами, манометрического – манометрами, вакуума – вакуумметрами.

Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления р силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе: p=ρgh, где ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения. Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм рт.ст., мм вод.ст.). Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность. Однако они удобны только при измерении небольших давлений.

В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью специальных механизмов передаётся на указатель. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений.

В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. В последнем случае можно фиксировать давление при быстропротекающих процессах.

1. Барометр

(от греч. baros – тяжесть, вес), прибор для измерения атмосферного давления. Широко распространены: жидкостные барометры, основанные на уравновешивании атмосферного давления весом столба жидкости; деформационные барометры, принцип действия которых основан на упругих деформациях мембранной коробки (анероид); гипсотермометры, основанные на использовании зависимости точки кипения некоторых жидкостей (например, воды) от внешнего давления. Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные.

2. Манометр

Рисунок 2.1 – Области применения манометров различных типов

(от греч. manоs – редкий, неплотный и metreo – измеряю), прибор для измерений давления жидкостей и газов.Основа измерительной системы манометра – чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления. В зависимости от принципа действия и конструкции чувствительного элемента различают манометры жидкостные, поршневые, деформационные (пружинные

Измеряют давление различными манометрами – жидкостными, поршневыми, деформационными (пружинными). Жидкостные манометры, служащие для измерения малых избыточных давлений и разрежений менее 5 кПа (37,5 мм pm. ст.), называются микроманометрами. Области применения манометров показаны на рисунке 2.1. Достаточно широко применяются внесистемные единицы измерения: техническая атмосфера (техн. атм.), кгс/см² и другие.

3. Вакуумметры

В соответствии с Рисунок 2.2 – Области применения вакуумметров различных типов2 – Области применения вакуумметров различных типов по устройству разделяются на жидкостные, механические (деформационные, мембранные и др.), компрессионные (например, вакуумметр Мак-Леода), тепловые (термопарный и теплоэлектрический), ионизационные, магнитные, электроразрядные, вязкостные, радиометрические.


В
Рисунок 2.2 – Области применения вакуумметров различных типов

работе вычисляется давление в заданной точке (например, на дне опытного резервуара) через показания различных приборов и затем сравниваются результаты, полученные двумя путями.

3. Схема установки

Д
1-термометр;2-ареометр;3-вискозиметр Стокса;4-капиллярный

вискозиметр; 5-сталагмометр

Рисунок 3.1 – Схема устройства №1

ля демонстрации работы жидкостных приборов служит устройство №2, которое выполнено прозрачным и имеет полость 1, в которой всегда сохраняется атмосферное давление, и резервуар 2, частично заполненный водой (рисунок 2.3,а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 2 служат жидкостные приборы 3, 4, 5. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины
Рисунок 3.1) для изучения физических свойств жидкостей содержит 5 приборов, выполненных в общем прозрачном корпусе, на котором указаны параметры для обработки опытных данных. Приборы 3, 4, 5 начинают действовать при перевёртывании устройства №1. Термометр 1 показывает температуру окружающей среды и, следовательно, температуру жидкостей во всех устройствах.

4. Протокол измерений

Однотрубный манометр (пьезометр) 3 сообщается верхним концом с атмосферой, а нижним – с резервуаром 2. Им опреде6ляется манометрическое давление р_м=ρgh_п на дне резервуара.

Уровнемер 4 соединён обоими концами с резервуаром 2 и служит для измерения уровня жидкости Н в нём.

Мановакуумметр 5 представляет собой U-образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым коленом он подключён к резервуару 2, а правым – к полости 1 и предназначен для определения манометрического р_мо=ρgh_м Рисунок 3.1 а) или вакуумметрического р_во=ρgh_в Рисунок 3.1 б) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2. Давление в резервуаре можно изменять путём наклона устройства.

При повороте устройства в его плоскости на 180° против часовой стрелки Рисунок 3.1 в) канал 4 остаётся уровнемером, колено мановакуумметра 5 преобразуется в пьезометр 6, а пьезометр 3 – в вакуумметр (обратный пьезометр) 7, служащий для определения вакуума р_во=ρgh_в над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2.

При проведении работы выполнить следующие действия:

1) В резервуаре 2 над жидкостью создать давление выше атмосферного (р₀>р_а), о чём свидетельствуют превышение уровня жидкости в пьезометре 3 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 5 Рисунок 3.1 а). Для этого устройство поставить на правую сторону, а затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакуумметра 5 в резервуар 2.

2) Снять показания пьезометра h_п, уровнемера h имановакуумметра h_м.

3) Вычислить абсолютное давление на дне резервуара через показания пьезометра, а затем – через величины, измеренные уровнемером и мановакуумметром. Для оценки сопоставимости результатов определения давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность δ_р.

4) Над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 2 создать вакуум (р₀<р_а), когда уровень жидкости в пьезометре 3 становится ниже, чем в резервуаре 2, а на мановакуумметре 5 появится обратный перепад h_в Рисунок 3.1 б). Для этого поставить устройство №2 на левую сторону, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара 2 в левое колено мановакуумметра 5. Далее выполнить операции по пунктам 2 и 3.

В процессе проведения опытов заполним Таблица 4.1- таблица измеряемых и расчётных величин

Таблица 4.1- таблица измеряемых и расчётных величин

Наименование величин	Обозначения, формулы	Условия опыта
		р0>ра	р0<ра
Пьезометрическая высота, м	hп	0,158	0,105
Уровень жидкости в резервуаре, м	H	0,124	0,174
Манометрическая высота, м	hм	0,034	____
Вакуумметрическая высота, м	hв	____	0,067
Абсолютное давление на дне резервуара по показанию пьезомера, Па	p=pа+ρghп	102874,98	102355,05
Абсолютное давление в резервуаре над жидкостью, Па	p0=pа+ρghм p0=pа-ρghв	____	____
Абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и уровнемера, Па	p*=p0+ρgH	102874,98	102374,67
Относительная погрешность результатов определения давления на дна резервуара, %		0	-0,02

5) Перевернуть устройство №2 против часовой стрелки Рисунок 3.1 в) и определить манометрическое или вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 6, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 7 и уровнемера 4.

5. Обработка экспериментальных данных

Обработка исходных величин для получения результатов производится по формулам, указанным в Таблица 4.1- таблица измеряемых и расчётных величин Плотность воды ρ=1000 кг/м³.

Как отмечалось выше в случае открытого резервуара внешнее давление р_а равно атмосферному р_атм, которое создаётся силой тяжести воздуха атмосферы и принимается в расчётах равным 101325 Па или 760 мм рт.ст.

р₀>р_а р₀<р_а

Находим абсолютное давление на дне резервуара по показанию пьезомера, Па

p=p_а+ρgh_п

101325+1000*9,81*0,158=102874,98 101325+1000*9,81*0,105=102355,05

Находим абсолютное давление в резервуаре над жидкостью, Па

p₀=p_а+ρgh_м p₀=p_а-ρgh_в

101325+1000*9,81*0,034=101658,54 101325-1000*9,81*0,067=100667,73

Находим абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и

уровнемера, Па

p^*=p₀+ρgH p^*=p₀+ρgH

101658,54+1000*9,81*0,124=102874,98 100667,73+1000*9,81*0,174=102374,67

Находим относительную погрешность результатов определения давления на дна резерву

ара, %



100%*(102874,98-102874,98)/102874,98=0%

100%*(102355,05-102374,67)/ 102355,05= -0,02%

6. Анализ полученных результатов

Когла абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и

Уровнемера больше абсолютного давления на дне резервуара по показанию пьезомера, то мы

видим, что относительная погрешность составила 0%.

Но когда абсолютное давление на дне резервуара через показания мановакуумметра и

Уровнемера меньше абсолютного давления на дне резервуара по показанию пьезомера. То мы

видим, что погрешность составила -0,02%

7. Вывод

Мы изучили устройства, принцип действия и применения приборов для измерения давления. Проводили гидравлический эксперимент получая основные сведения об измерении давлений.

8. Контрольные вопросы

1) Свойства гидростатического давления.

- Давление в покоящейся жидкости на контакте с твёрдым телом вызывает напряжения, направленные перпендикулярно к поверхности раздела.

- Давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям. Это

свойство отражает скалярность давления

2) От какой величины отсчитывается абсолютное (полное) давление?

- абсолютного нуля.

3) Какое давление может быть отрицательным?

- есть положительное давление и нулевое.

4) Жидкостные приборы для измерения давления.

-Пьезометр, вакуумметр

5) Основное уравнение гидростатики, изменение давления с изменением глубины погружения.

- р = р₀ + р_изб = р₀ + gh = р₀ + γh

6) Закон Паскаля.

-Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

9. Список литературы

1. Замалеев, Зуфар Харисович. Основы гидравлики и теплотехники [Электронный ресурс] : [учебное пособие по направлению подготовки 270800 — «Строительство» (профили «Промышленное и гражданское строительство», «Водоснабжение и водоотведение»)] / З. Х. Замалеев, В. Н. Посохин, В. М. Чефанов. - Электрон. текстовые дан. - Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2014. - 348 с. : ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/39146#book_name. - Библиогр.: с. 342-343. - ISBN 978-5-8114-1531-1 : Б. ц.

2. Зуйков, Андрей Львович. Гидравлика [Электронный ресурс] : [учебник для вузов по направлению подготовки 270800 "Строительство"] : в двух томах. Т. 1 : Основы механики жидкости / А. Л. Зуйков ; Моск. гос. строит. ун-т. - Электрон. текстовые дан. - Москва : МГСУ, 2014. - 520 с. - Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/30341.html. - ISBN 978-5-7264-0834-7 (Т. 1). - ISBN 978-5-7264-0833-0 : Б. ц.

3. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982. 145 экз.

4. Штеренлихт, Давид Вениаминович. Гидравлика [Электронный ресурс] : учебник / Д. В. Штеренлихт. - Изд. 5-е, стер. - Электрон. текстовые дан. - Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2015. - 656 с. : ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=64346. - ISBN 978-5-8114-1892-3 : Б. ц.