МИНОБР РОССИИ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода

Протокол лабораторной работы №1г

ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

Вариант начальных установок № 2

Выполнил студент ---------

Группа ИДПО ТПГС -------

Принял доц. Ф. В. Качановский

Тверь- 20----

РАБОТА 1. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

Введение

Гидростатическое давление - это нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил. Гидростатическое давление - предел отношения элементарной гидростатической силы ΔP к элементарной площади действия ΔS, когда последняя стремится к нулю:

. (1)

За единицу гидростатического давления принято давление, создаваемое силой в 1 Н, на площадь в 1 м², т.е. 1 Н/м² = 1 Па (Паскаль).

Давление, отсчитываемое от нуля, называют абсолютным p_абс, а отсчитываемое от атмосферного p_ат – избыточным p_изб. Следовательно,

, (2)

то есть,

. (3)

В расчётах принимают нормальное атмосферное давление p_ат = 98100 Па.

Избыточное давление может быть и положительным и отрицательным. Положительное избыточное давление называют манометрическим, а отрицательное – вакуумметрическим. Приборы, применяемые для измерения и , называют соответственно манометрами и вакуумметрами.

Существуют жидкостные и механические манометры и вакуумметры.

Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.

Манометрическое давление, выраженное через показания пьезометра,

, (4)

где - объемный вес жидкости; - пьезометрическая высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.

Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). 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, к показанию манометра p_м вводят поправку .

Для случая, изображённого на рис.1,

, (5)

где y - превышение оси стрелки манометра над точкой его подключения М.

Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления по глубине (рис. 2) описывается основным законом гидростатики:

, (6)

где - гидростатическое давление в жидкости на глубине , Па; - внешнее давление, то есть давление на свободной поверхности жидкости, Па; - глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м; - весовое давление, то есть гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости, Па.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для изучения закона Паскаля

Из уравнения (6) видно, что при и давление с изменением глубины изменяется по линейному закону. Вычислив давление в двух точках, расположенных на разной глубине , можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления (рис. 2).

Из основного закона гидростатики (6) следует, что внешнее давление в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма без изменения (рис. 2). Это следствие называют законом (принципом) Паскаля. Проверить опытным путём справедливость этого закона - главная цель рассматриваемой работы.

Р ис 2. К закону Паскаля и его экспериментальному подтверждению

Цели работы

1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (А, В, С), расположенных на разной глубине в жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести.

2. Построить по данным опытов (в масштабе) эпюру манометрического давления по глубине.

3. Подтвердить опытным путём закон Паскаля.

Описание установки

Установка (рис. 1) представляет собой толстостенный стальной цилиндр 1, частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой 2 со шкалой 3.

Для измерения гидростатического давления в точке А (над свободной поверхностью жидкости) и в точках В и С, заглублённых под уровень на и , подключены пружинные манометры , , .

В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора 5. Для сброса избыточного давления в цилиндре служит вентиль (не показан). В крышке цилиндра имеется предохранительный клапан, отрегулированный на давление 500 кПа.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных

Необходимо выполнить два опыта, обеспечив в первом

p_{0 абс}=p_ат, то есть p_0изб=0, а во втором p_{0 абс}>p_ат, то есть p_0изб>0.

Опыт №1

Открыть вентиль для обеспечения p_0изб=0.

Измерить с помощью водомерной трубки 2 и шкалы 3 глубины погружения и точек В и С, а также превышения и осей вращения стрелок манометров и над точками их подключения.

Измерить показания манометров , , .

Полученные данные записать в таблицу 1 (графы 4 и 6).

Опыт №2

Закрыть вентиль, сообщающий цилиндр с атмосферой, и открыть вентиль для подачи воздуха от компрессора в цилиндр.

Включить компрессор для подачи сжатого воздуха. Довести до величины, указанной преподавателем, после чего компрессор отключить.

Измерить показания манометров . Результаты измерений записать в таблицу 1 (графа 5).

Открыть вентиль для сброса давления сжатого воздуха.

Выполнить вычисления, предусмотренные таблицей 1, построить эпюры гидростатического давления (образец - рис. 2).

Дать заключение по результатам работы.

Ответить на контрольные вопросы.

Начальные установки:

1. Глубина воды в сосуде Z₀= 2.45 м;

2. Избыточное давление на поверхности сосуда Δp₀=15 кПа.

Таблица 1

№ пози-ций	Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин		Единицы изм.	Результаты измерений и вычислений			Примечания
				Опыт № 1	Опыт № 2
1	2		3	4	5	6
1	Показания манометров		Па	0		hB = 0,75 м
			Па
			Па
2	Избыточное гидростатическое давление в точках А, В, С		Па	0
			Па
			Па
3	Приращение избыточного гидростатического давления		Па
			Па
			Па
4	Средняя величина приращения избыточного гидростатического давления		Па
5	Относительные расхождения приращений давления в точках А, В, С со средней величиной.		-	0
			-	0
			-	0

Основные контрольные вопросы