3.3.5Способы измерения давления в потоке жидкости

Полное давление. Измеряется с помощью трубки Пито. Н_полн=±Н_ст+Н_д

Рисунок 2.2.5.1 - Полное давление. Трубка Пито

Статическое давление измеряется с помощью пьезометра (Рисунок 2.2.5.2). А также, статическое давление можно измерить, сделав в стенке трубы отверстие диаметром 1мм, герметично соединив его с U-образной трубкой. Так измеряют малые давления. Для измерения высоких давлений используют манометр или вакуумметр.

Рисунок 2.2.5.2 - Статическое давление. а - манометр; б - пьезометр; в - отверстие в стенке трубы, соединенное с U-образником

Если совместно использовать трубку Пито, пьезометр и U-образную трубку, то можно измерить динамическое давление. Н_полн = ±Н_ст + Н_д

Рисунок 2.2.5.3 - Динамическое давление

А также динамическое давление можно измерить с помощью комбинированной трубки Пито-Прандтля.

Рисунок 2.2.5.2 - Динамическое давление. Комбинированная трубка Пито-Прандтля

3.3.6Механическая энергия потока жидкости

Жидкость, находящаяся в покое или движении, обладает определенным запасом механической энергии Е, т.е. способностью производить работу.

Рисунок 2.2.5.1 - К вопросу потенциальной энергии жидкости.

Энергия определяет запас работы, которую может совершить тело, изменяя свое состояние.

Работа - это скалярное произведение силы на перемещение под действием этой силы.

М

(2.2.6.1)

еханическую энергию можно представить в виде:

Е = Е_пот + Е_кин,

где Е - полная энергия потока жидкости, Е_пот - потенциальная энергия, Е_кин - кинетическая энергия.

Если покоящаяся жидкость обладает только потенциальной энергией, то движущаяся - потенциальной и кинетической энергиями.

Различают следующие виды потенциальной энергии: потенциальная энергия положения Е_пол и потенциальная энергия давления Е_давл (Рисунок 2.2.5.1).

О

(2.2.6.2)

тсюда механическую энергию потока жидкости в общем случае можно представить как

Е = Е_пол + Е_давл + Е_кин.

Потенциальная энергия положения Е_пол выражает возможность совершения жидкостью работы при ее снижении до условного уровня 0-0 (плоскости отсчета).

В

(2.2.6.3)

еличина Е_пол определяется произведением веса жидкости G на расстояние Z от центра тяжести рассматриваемого сечения до плоскости отчета.

Е_пол = Gz

П

(2.2.6.4)

отенциальная энергия давления Е_давл выражает возможность совершения работы за счет гидростатического давления, возникающего в жидкости из-за ее весомости, или другими словами, это та работа, которую может совершить жидкость весом G, поднимаясь на пьезометрическую высоту Р/γ под воздействием гидродинамического давления Р.

Величина Е_давл определяется произведением веса жидкости G на пьезометрическую высоту Р/γ.

Кинетическая энергия жидкости Е_кин определяется произведением веса жидкости G на высоту (скоростную) υ²/(2g), с которой должно свободно упасть тело, чтобы приобрести скорость υ (Рисунок 2.2.5.2). Величина υ²/(2g) называется также скоростным напором.

(2.2.6.5)

Отсюда полная механическая энергия потока жидкости выражается в виде:

(2.2.6.8)

В гидравлике принято относить механическую энергию потока жидкости к единице веса и называть ее удельной энергией жидкости, обозначая буквой е:

(2.2.6.9)

где е - удельная энергия жидкости, Е - полная энергия потока жидкости, G - вес единицы жидкости.

Единицей измерения удельной энергии жидкости является метр (м).

О

(2.2.6.10)

тсюда

е = е_пол + е_давл + е_кин

где е - полная удельная энергия потока жидкости, е_пол - удельная энергия положения, е_давл - удельная энергия давления, е_кин - удельная кинетическая энергия.

Полная удельная энергия потока жидкости выразится в виде:

(2.2.6.11)

В

(2.2.6.12)

технической литературе по гидравлике вместо выражения «удельная энергия» употребляют выражение «напор» и обозначают буквой Н:

е = Н,

где е - удельная энергия жидкости, Н - напор гидродинамический, представляющий собой энергию единицы веса жидкости.

Тогда уравнение можно записать в следующей форме:

(2.2.6.13)

Напор Н представляет собой механическую энергию потока жидкости, протекающей через живое сечение в единицу времени, отнесенную к единице веса жидкости.

Иначе, напор - это мера механической энергии, принадлежащей единице веса жидкости и измеряемая в метрах.