3 Определение гидростатического давления

Лабораторная работа № 1

3.1 Цель работы.

Целью настоящей работы является освоение студентом способов измерения гидростатического давления.

При подготовке к работе, в процессе выполнения работы и при обработке результатов опытов студент должен:

- ознакомиться с различными приборами для измерения давления;

- определить давление под крышкой бака по показаниям пьезометра и батарейного мановакуумметра сравнить их с показаниями механического прибора.

3.2 Порядок проведения опытов по измерению гидростатических давлений и обработка полученных результатов

Режим избыточного давления (опыт № 1)

3.2.1 Записать показания Н₀ пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

3.2.2 С помощью насоса – компрессора установить в баке режим избыточного давления. Для этого необходимо проделать следующие операции:

1 Закрыть краны В8 и В9, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В5 при этом открыт; смотри рисунок 2.1);

2 Закрыть краны В3, В4 и В6 открыть краны В1, В2 и В7;

3 Включить тумблер в «Сеть»;

4 Нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 необходимое давление;

5 Отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть краны В1 и В2.

Не допускать, чтобы рабочая жидкость под действием избыточного давления выплеснулась через открытый конец П1. Учитывая инерционность жидкости и медленное заполнение ею пьезометра, необходимо периодически отпускать кнопку «Пуск», дожидаясь стабилизации уровня жидкости в П1.

3.2.3 Зафиксировать показания Н1 пьезометра П1, показания батарейного манометра П3 и показания механического прибора МН1; записать эти показания в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.

Таблица 3.1 - Показания пьезометра П1 и механического прибора МН1

Жидкость: _______________________; плотность ρ₁= ___________________.

№ опыта	Режим	Показания пьезометра П1			Давление
		Н0	Н1	∆Н	атмос-ферное		под крышкой бака рб
	Ед. изм.						расчетное по П1		по мех. прибору	абсолют-ное
1	РБабс  Ратм
2	РБабс  Ратм

Таблица 3.2 Показания батарейного мановакуумметра и механического прибора

Жидкость: ____________________; плотность ρ₃ = ______________кг/м³

№ опыта

Режим

Уровень жидкости в трубках

№ колена пьезометров ПЗ

Давление под крышкой бака РБм (В)

Рас- четное

По МВ 1

мм

1

2

3

4

5

6

7

КПа

атм

1

РБабс  Ратм

до

по- сле

до

кПа

по-сле

2

РБабс  Ратм

до

по-сле

до

по- сле

При использовании батарейного мановакуумметра возникает следующая сложность: уровни жидкости в левых и правых трубках колен не уравновешиваются, образуя некий перепад ( положительный или отрицательный). Это обусловлено возникновением вакуума или избыточного давления в пространстве между коленами. Так как перед установлением режима давление над свободной поверхностью в левой трубке крайнего левого колена и в правой трубке крайнего правого колена атмосферное, то суммарный перепад во всех коленах равен нулю. Поэтому расчет давления может производиться с учетом возникающих перепадов ( формула3.1), либо без учета (формула3.2). Результат в обоих случаях будет одним и тем же. Это и подтверждает проделанный опыт (смотри таблицу 3.2).

(3.1)

(3.2)

3.2.4 Сбросить избыточное давление в баке, для чего открыть краны В1 – В4.

3.2.5 Записать по показаниям барометра атмосферное давление, а также плотности используемых жидкостей.

Режим вакуумметрического давления (опыт № 2)

3.2.6 Записать показания Н0 пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

3.2.7 С помощью насоса – компрессора установить в баке режим вакуумметрического давления. Для этого необходимо:

1. Закрыть краны В8 и В9, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В5 при этом открыт);

2 Закрыть краны В1, В2, В7, открыть краны В3, В4 и В6;

3 Включить тумблер «Сеть»;

4 Нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 нужное давление;

Необходимо следить, чтобы жидкость под действием вакуумметрического давления не опускалась до нижнего края пьезометра П1;

5 Отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть краны В3 и В4;

7 Зафиксировать показания Н1 пьезометра П1, показания батарейного манометра П3 и показания механического прибора МН1; записать эти показания в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.

8 Сбросить избыточное давление в баке, для чего открыть краны В1 – В4.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ НЕИЗВЕСТНОЙ ЖИДКОСТИ

Лабораторная работа № 2

4.1 Цель работы – приобретение навыков определения плотности неизвестной жидкости по показаниям жидкостных и механических приборов.

4.2 Порядок выполнения работы одновременно с лабораторной работой № 1.

Необходимо выполнить следующее:

1 Сбросить давление под крышкой бака до атмосферного;

2 Открыть кран В9 (кран В8 также должен быть открыт);

3 Записать показания Н₀ пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

4 С помощью насоса – компрессора установить в баке режим избыточного давления. Для этого необходимо проделать следующие операции:

а) Закрыть краны В8 и В9, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В5 при этом открыт; смотри рисунок 2.1);

б) Закрыть краны В3, В4 и В6 открыть краны В1, В2 и В7;

в) Включить тумблер в «Сеть»;

г) Нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 необходимое давление;

д) Отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть краны В1 и В2.

Не допускать, чтобы рабочая жидкость под действием избыточного давления выплеснулась через открытый конец П1. Учитывая инерционность жидкости и медленное заполнение ею пьезометра, необходимо периодически отпускать кнопку «Пуск», дожидаясь стабилизации уровня жидкости в П1.

Кран В9 должен быть открыт!!!; при этом необходимо следить, чтобы испытуемая жидкость не доходила до высшей точки левого колена П2.

Необходимо также контролировать положение рабочей жидкости в левом канале пьезометра П1 в соответствии с поз. 5 п.п. 3.2.2, так как испытуемая жидкость может иметь плотность большую, чем плотность рабочей жидкости.

5 Зафиксировать показания Н1 пьезометра П1, показания батарейного манометра П3 и показания механического прибора МН1; записать эти показания в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.

6 Зафиксировать показания h₁, h₂ U – образного мановакуумметра П2 и занести их в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Показания U – образного мановакуумметра и механических приборов

№ опыта	Режим	Показания мановакуумметра П2			Расчетное давление под крышкой бака		Показания механических приборов		Плотность жидкости ρж
		h1	h2	h3	из табл. 1	из табл. 2	МН1	МН2
	Ед. измер.
1	РБабс  Ратм
2	РБабс  Ратм

4.3 Порядок выполнения работы по плотности жидкости с использованием механических приборов.

Конструкция пьезометрического щита 4 и пьезометров П1 и П2 такова (смотри рисунок 2.1), что при возможных реализуемых режимах (манометрическом и вакуумметрическом) перепад ∆ h в пьезометре П2 всегда меньше перепада ∆ Н в пьезометре П1 (если только плотность неизвестной жидкости не окажется много меньшей, чем плотность рабочей жидкости). Для расширения диапазона рабочих давлений до предусмотренных конструкций пьезометра П1 с одновременным определением плотности неизвестной жидкости предусмотрена возможность «поднапоривания» левой трубки U – образного мановакуумметра П2 с измерением давления в этой трубке с помощью механического прибора – манометра МН2. Для выполнения работы необходимо:

1 Открыть кран В9; закрыть кран В8;

2 Установить необходимый режим, соблюдая особые меры предосторожности при выполнении п.п. 3.2.2 и 3.2.7 п 3.2;

3 Записать показания мановакуумметра П2 и показания механического прибора МН2 в таблице 4.1.

4.4 Обработка результатов экспериментов в лабораторных работах №1, 2.

1 Составить расчетные формулы для определения манометрического Р_м, вакуумметрического Р_в и абсолютного давлений Р_абс под крышкой бака по показаниям пьезометра П1 и батарейного мановакуумметра П3 для двух режимов.

2 Рассчитать значения Р_м, Р_в, Р_абс по показаниям жидкостных приборов;

3 Сравнить рассчитанные значения с показаниями механического прибора.

4 Рассчитать плотность неизвестной жидкости по показаниям жидкостных приборов (при открытом кране В8) или по показаниям манометра МН2 (при закрытом кране В8):

,

где	∆hм(в)	-	показания жидкостного мановакуумметра;
	Рм(в)	-	давление, рассчитанное по показанием жидкостных приборов (при открытом кране В8);

В случае работы при закрытом кране В8 это давление определяется разностью давления по показаниям Р^U механического прибора МН2 и давления в баке Р^Б, определяемого либо по показаниям механического прибора МН1:

Оценить абсолютную и относительную погрешности измерения давлений, рассчитанных по показаниям пьезометра П1, возникающей из-за неучета опускания (подъема) уровня рабочей жидкости в баке.

Изменение уровня в баке может быть оценено из уравнения баланса объемов жидкости в баке и в пьезометре:

где	∆WБ	-	уменьшение (увеличение) объема жидкости в баке;
	∆WП	-	увеличение (уменьшение) объема жидкости в пьезометре;
	SБ	-	площадь сечения бака;
	∆L	-	величина опускания (подъема) уровня;
	d	-	внутренний диаметр трубки пьезометра П1;
	∆Н	-	подъем (опускание) уровня жидкости в пьезметре.

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКИЕ СТЕНКИ

Лабораторная работа № 3

5.1 Цель работы:

- демонстрация закона Паскаля;

- приобретение навыков определение силы избыточного давления на плоские горизонтальную и вертикальную стенки.

5.2 Порядок выполнения

Работа может быть совмещена с выполнением работы № 1.

1 Установить под крышкой бака атмосферное давление;

2 Записать начальное положение указателей на шкалах для горизонтальной и вертикальной стенок;

3 Выполнить п.п. 1-4 п.3.2, создав под крышкой избыточное давление;

4 Записать положение указателей на шкалах сильфонов;

5 Повторить опыты для вакуумметрического давления под крышкой. ^*1)

*1) Лабораторная работа № 3 может быть выполнена без проведения работы № 1. В этом случае расчетные значения дополнительной силы давления на стенку определяется по показаниям механического прибора В.

5.3 Обработка полученных результатов опытов

1 Определить по величине перемещения стенки и градуировочной характеристики сильфона по формуле (1.14) дополнительные усилия на стенки;

2 Рассчитать по показаниям жидкостных приборов и по формуле (1.15) приращение усилий на стенки;

3 Результаты занести в таблицу 5.1

Таблица 5.1 Измерение сил давления с помощью сильфонного динамометра