ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ГИДРОСТАТИКИ И ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

Кафедра «Гидравлика, теплотехника и гидропривод»

Виртуальный лабораторный

Практикум по гидравлике и гидроприводу

Тверь 2017

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ при изучении гидравлики должно способствовать более глубокому пониманию студентами физической сущности изучаемых гидравлических явлений, освоению ими методов испытания гидромашин, упрочнению связи теории с экспериментами, а также приобретению навыков в научных исследованиях и в работе с научно-технической и справочной литературой.

В предлагаемом лабораторном курсе описание каждой работы содержит:

‒ вводную часть, где в сжатой форме изложены сведения общего характера и основные теоретические положения, имеющие самое прямое отношение к рассматриваемым в работе вопросам;

‒ цель работы;

‒ схему установки;

‒ порядок выполнения работы и детально разработанные таблицы для упрощения и удобства обработки опытных данных;

‒ основные контрольные вопросы, позволяющие студентам целенаправленно готовиться  к защите отчета по каждой работе;

‒ номера рекомендуемых литературных источников (их названия и другие сведения о них даны в списке литературы, приведенном в конце практикума). Из перечисленных учебников и учебных пособий следует выбрать один источник информации, рекомендованный преподавателем, ведущим занятия.  

Выполнение студентами  лабораторных работ приводится на виртуальных моделях, созданных на основе физического и математического моделирования с использованием компьютерных технологий, разработанных кафедрой «Гидравлика, теплотехника и гидропривод» ТвГТУ.

Курс написан на основе многолетнего научно-методического и преподавательского  опыта авторов с учетом опыта других ВУЗов России и стран ближнего зарубежья.

 

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ, РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО СОСТАВЛЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЁТОВ

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 отчёта, включающую:

а) название работы и цель её 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 отчёт, т. е. отчёт, дополненный результатами вычислений, графическим материалом, а также выводами (заключением) по работе, ответами на контрольные вопросы, и защитить его.

6. Защита отчёта о работе проводится письменно (в виде тестирования). При этом студенту предлагается ответить на пять вопросов, в том числе два в виде числовых примеров. На защиту отводится один академический час. Организационно защита проводится одновременно для всей группы студентов в рамках расписания лабораторных занятий.

 

 

           

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,     

                                       ,                                 (1)

где Δ F ‒ элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н; Δ S ‒ элементарная площадка действия, м².

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

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

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

                                    .                                 (2)

Очевидно, что:

                                       .                             (3)

В гидравлических расчётах величину нормального атмосферного давления считают равной p_ат = 98100 ≈ 10⁵ Па.

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, соответственно, манометрами и вакуумметрами.

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 ‒ присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.

Манометрическое давление р_изб, выраженное через показания пьезометра:

                                   ,                                            (4)

где ρ g = γ ‒ объемный вес жидкости;  ‒ пьезометрическая высота, т. е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.

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 высотное положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра не совпадает, в показание манометра (р_м) вводят поправку (±ρ gz_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:

                                        ,                                       (6)

где р ‒ гидростатическое давление в жидкости на глубине h, Па; p_o ‒ внешнее давление, т. е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па; h ‒ глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м;  ‒ весовое давление, т. е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости высотой h, Па.

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

Из уравнения (6) следует также, что внешнее давление p_o в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма 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 путём в данной работе.

 

Описание установки

Установка, изображенная на рис. 1, представляет собой толстостенный стальной цилиндр (колонна), частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой со шкалой (линейкой).

Для измерения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в т. 1) и в точках 2 и 3, заглублённых на величины h₂ и h₃, подключены пружинные манометры, соответственно М₁, М₂ и М₃.

В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора по трубопроводу  открытием вентиля.

 

Рис.1. Схема установки для экспериментального подтверждения основного уравнения гидростатики и закона Паскаля

Цель работы. 1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (1, 2, 3), расположенных на различных высотах над и под уровнем жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести.

2. Подтвердить на основании опытных данных основное уравнение гидростатики и закон Паскаля.

3. Построить по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h.

 

---

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 717; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!