3.2.3Измерение давления в статической жидкости

Пусть нам необходимо узнать давление в сосуде, в котором находится покоящаяся жидкость. Для этого в сосуд вмонтируют стеклянную трубку (герметично) на глубине h. Эта трубка называется пьезометр.

Пьезометр (от греч. piézo — сжимаю и метрео — измеряю) — прибор, который используется для производственного и лабораторного измерения гидростатического или гидродинамического давления. Пьезометры, используемые для давления в жидкостях, представляют собой обычно трубку малого диаметра (обычно около нескольких миллиметров), которая одним концом соединяется с сосудом, в котором измеряется давление. Термин «пьезометр» ввели в начале XIX века английские физики Я. Перкинс и Г. Х. Эрстед.

Т

(2.1.3.1)

аким образом, если давление в сосуде равняется атмосферному, то уровень жидкости в трубке будет равняться уровню жидкости в сосуде

Р=Р_атм =Р₀.

Е

(2.1.3.2)

сли давление в сосуде больше атмосферного Р > Р_атм, то давление жидкости в сосуде будет избыточным Р_изб, и уровень жидкости в трубке повысится на h_изб.

Р_изб = ρgh_изб.

Е

(2.1.3.3)

сли давление в сосуде меньше атмосферного Р < Р_атм, то давление жидкости в сосуде будет вакуумметрическим Р_вак, и уровень жидкости в трубке понизится на h_вак.

Р_вак = ρgh_вак.

Наглядное изображение давлений в сосуде приведено на рисунке 2.1.3.1

а)

б) в)

Рисунок 2.1.3.1 - Давление жидкости в сосуде: а – атмосферное; б – избыточное; в – вакуумметрическое.

3.3Гидродинамика

Параметры, характеризующие движение – скорость и давление, изменяются в потоке движущейся жидкости в пространстве и во времени.

Основная задача гидромеханики – исследование изменения скорости и давления в потоке жидкости.

3.3.1Поток и его гидравлические элементы

В гидродинамике объектом рассмотрения служит поток жидкости.

Поток жидкости - непрерывная масса частиц жидкости, движущаяся в определенном направлении (Рисунок 2.2.1.1).

Рисунок 2.2.1.1 - Поток жидкости, вытекающий из трубы и его живое сечение

Живое сечение потока - поверхность, перпендикулярное направлению скорости потока и ограниченная его внешним контуром потока. Обозначается: (Рисунок 2.2.1.1, сечение А-А)

Расход потока - количество жидкости, проходящей через живое сечение за единицу времени. Обозначается: Q, измеряется в: [м³/с], [м³/ч], [кг/с], [Н/с].

Локальная (местная) скорость - скорость жидкой частички в данной точки пространства в данный момент времени.

Средняя скорость потока - частное от деления расхода потока Q на площадь его живого сечения .

(2.2.1.1)

, [м/с]

3.3.2Классификация основных видов движения жидкости

Классификация осуществляется по нескольким признакам.

По зависимости скорости от координат и времени движения делятся на установившиеся и неустановившиеся.

Н

(2.2.2.1)

еустановившееся движение – это такое движение, когда скорость и давление в каждой точке изменяются с течением времени. Примерами неустановившегося движениями жидкости являются опорожнение и заполнение резервуаров, трубопроводов, течение в трубопроводах при остановки или запуске насосов, при открытии или закрытии запорной арматуры и др.

Установившееся движение - это такое движение, когда скорости давления в любой точки движущейся жидкости не изменяются во времени, а зависят только от места нахождения точки в пространстве. Примерами установившегося движения в жидкости являются истечения жидкости через отверстие в резервуарах при постоянном уровне (напоре истечения); движение жидкости в нагнетательной и всасывающей линиях центробежного насоса при постоянно числе оборотов привода и неизменных сопротивлениях в линиях.

(2.2.2.2)

,

По наличию свободной поверхности движения делятся на напорные, безнапорные, свободные.

Напорным называется поток, ограниченный по всему периметру твердой стенкой. Примером такого потока является поток жидкости в трубопроводе при полном заполнении его сечения.

Безнапорное движение называется поток, частично ограниченный твердой стенкой и имеющий свободную поверхность. Примером такого потока является движение сточной воды в канализационной трубе.

Свободным является движение жидкости, нигде не стесняемое твердыми стенками. Свободное движение жидкости называется струями. Примерами свободной струи может являться поток при истечении жидкости через отверстие из сосуда.

Рисунок 2.2.2.1 - Виды потоков жидкости: а - напорное, б - безнапорное, в - свободное

Движения можно классифицировать по механизму передачи количества движения между слоями жидкости.

Если этот механизм имеет молекулярную природу, движение называется ламинарным. Если количества движения передается в основном за счет обмена жидкими массами, перемещающиеся хаотически во всем объеме жидкости, движения называется турбулентным.

Для лучшего представления о связи между различными видами движения ниже представлена классификационная схема движений.

Р исунок 2.2.2.2 - Классификация основных видов движения жидкости