Гидростатика

1. Литература

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

Вопросы:

1. Общие положения гидравлики.

2. Основное уравнение гидростатики.

3. Приборы для измерения давления.

4. Примеры практического использования основного уравнения гидростатики.

Вопрос 1. Общие положения гидравлики

Гидравлика – один из разделов механики. В гидравлике изучают законы равновесия и движения жидкостей и их практическое приложение.

Гидравлика состоит из двух разделов: гидростатика и гидродинамика. В гидростатике изучаются законы равновесия жидкостей и воздействие покоящихся жидкостей на погруженные в них тела и поверхности, ограничивающие жидкости, а в гидродинамике – законы движения жидкостей и их воздействие на обтекаемые ими тела. Гидродинамические закономерности лежат в основе гидромеханических процессов и определяют эффективность протекания тепломассообменных и биохимических процессов.

0. Гидростатика Общие положения

В гидравлике под термином «жидкость» обычно понимают капельную жидкость, но также газы и пары. Когда можно пренебречь их сжимаемостью.

Сжимаемость – это свойство жидкостей изменять свой объем под действием приложенной силы. Характеризуется сжимаемость коэффициентом объемного сжатия β_р (м³/Н), который представляет собой относительное изменение объема жидкости на единицу приложенной силы:

β_р=–

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Для воды коэффициент сжатия составляет 0,5·10^-9 м³/Н, т.е. вода практически несжимаема. Так, при увеличении давления до 40 МПа плотность воды повышается всего на 2 %.

Температурное расширение характеризуется коэффициентом температурного расширения β_t. Коэффициент β_t для воды возрас­тает с 14 • 1 0^-6 К^-1 при О °С и давлении 0,1 МПа до 700 · 10^-6 К^-1 при 100 °С и давлении 10 МПа. Для упрощения выводов основных закономерностей в гидравлике вводят понятие гипотетической, так называемой идеальной жидкости, которая абсолютно несжи­маема под действием давления, не меняет плотности при измене­нии температуры и не обладает вязкостью.

Реальные жидкости, находящиеся в состоянии покоя, обладают свойствами, близкими к свойствам идеальной жидкости.

Жидкость может находиться в состоянии относительного и аб­солютного покоя.

Относительный покой наблюдается, когда в движущейся вместе с сосудом жидкости частицы ее не перемещаются друг относитель­но друга. В этом случае покой жидкости рассматривается относи­тельно стенок движущегося сосуда. Когда жидкость находится в не­подвижном сосуде, наблюдается абсолютный покой относительно поверхности земли. На неподвижную жидкость действуют поверх­ностные и массовые силы.

Поверхностные силы пропорциональны площади поверхности жидкости. К поверхностным силам относится, например, сила давления.

Массовые силы пропорциональны массе жидкости — это силы тяжести, инерционные силы, которые действуют при относитель­ном покое.

В результате действия внешних сил внутри жидкости возника­ют сжимающие напряжения — гидростатическое давление.

Различают среднее гидростатическое давление, равное р_ср = ΔP/Δf, и гидростатическое давление в данной точке жидко­сти, где ΔР — сила гидростатического давления, действующая на элементарную площадку внутри объема жидкости Δf.

Предел этого отношения при Δf→0 является напряжением гидро­статического давления в данной точке жидкости: р= lim(ΔP/Δf).

Δf→0

Часто предел этого отношения называют гидростатическим давлением.

Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует.

Давление в любой точке жидкости одинаково по всем направ­лениям.

В СИ давление выражается в ньютонах на квадратный метр, т. е. в паскалях. Связь между различными единицами давления выглядит следующим образом:

атмосфера физическая: 1 атм = 760 мм рт. ст. = 10,33 м вод. ст.= 1,033 кгс/см² = 101 337 Н/м²;

атмосфера техническая (1 ат) = 735,6 мм рт. ст. = 10 м вод. ст. = 1 кгс/см² = 98 100 Н/м².