3. Виды давления

Г идростатическое давление делится на полное, или абсолютное, избы­точное, или сверхатмосферное.

Полное, или абсолютное, гидростатическое давление р в любом сече­нии жидкости равно внешнему давлению на ее свободную поверхность, сло­

женному с давлением столба жидкости, у которого основание равно единице площади, а высота - глубина погружения секущей плоскости в жидкость.

(2.8)

Избыточное, или сверхатмосферное, давление р_изб равно полному, или абсолютному, гидростатическому давлению за вычетом атмосферного давле­ния. Оно иначе называется манометрическим, так как измеряется маномет­ром.

^ризб ^рабс ^р атм ^,

где р_атм - атмосферное или барометрическое давление.

Абсолютное давление не может быть отрицательным, так как жидкость не воспринимает растягивающих напряжений. Избыточное давление может быть и больше и меньше нуля. Для удобства, отрицательное избыточное дав­ление, взятое со знаком плюс, называют вакуумметрическим давлением.

Вакуум. Если абсолютное давление в жидкости или газе меньше ат­мосферного, то говорят, что имеет место разрежение, или вакуум. За вели­чину разрежения, или вакуума, принимается недостаток до атмосферного давления:

(2.9)

^рвак ^ро ^рабс ^или ^ак ^(ра ^рабс^)/р^

Возьмем, например, трубу с плотно пригнанным к ней поршнем, опу­стим нижний ее конец в сосуд с жидкостью и будем постепенно поднимать поршень (рис. 2.3). Жидкость будет следовать за поршнем и вместе с ним поднимется на некоторую высоту h от свободной поверхности с атмосфер­ным давлением. Так как для точек, расположенных под поршнем, глубина погружения относительно свободной поверхности отрицательна, согласно уравнения (2.4), абсолютное давление жидкости под поршнем

(2.11)

р = ра - pgh,

Рисунок 2.3 Всасывание жидкости поршнем

а вакуум

Рвак = Ра - р = pgh или Ивак = (Ра - P)/(pg) = h.

По мере подъема поршня абсолютное давление жидкости под ним уменьшается. Нижним пределом для абсолютного давления в жидкости явля­ется нуль, а максимальное значение вакуума численно равно атмосферному давлению, поэтому максимальную высоту всасывания h_max жидкости можно определить из уравнения (2.9), если в нем положить р = 0 (точнее р = р_нп). Таким образом, без учета давления р_нп. насыщенных паров

hmax = ра /(pg) = рЛ. (²¹²)

При нормальном атмосферном давлении (0,1033 МПа) высота h_max рав-

-5

на для воды 10,33 м, для бензина (р = 750 кг/м ) 13,8 м, для ртути 0,760 м и т.д.

Если под действием растягивающих растяжений, возникающих при разрежении в рассматриваемой точке жидкости происходит нарушение и ее сплошности - такое явление называется кавитацией. При этом образуются полости - кавитационные пузырьки или каверны, заполненные паром, газом или их смесью.

3. Приборы для измерения давления жидкостей

Простейшим устройством для измерения вакуума может служить стек­лянная трубка, показанная на рис. 2.4 в двух вариантах. Вакуум в жидкости А можно измерять при помощи U-образной трубки (справа) или перевернутой U-образной трубки, один конец которой опущен в сосуд с жидкостью (слева).

Для измерения давления жидкостей и газов в лабораторных условиях помимо пьезометра пользуются жидкостными и механическими манометра­ми.

Рисунок 2.4 Простейшие вакуумметры

На рис. 2.5 показаны схемы жидкостных манометров. Так называемый U-образный манометр (рис. 2.5, а) представляет собой изогнутую стеклянную трубку, содержащую ртуть. При измерении небольших давлений газа вместо ртути применяют спирт, воду и

Рисунок 2.5 Схемы жидкостных манометров

иногда тетрабромэтан (5 = 2,95). Если измеряется давление жидкости в точке М, и соединительная трубка заполнена этой же жидкостью, то следует учи­тывать высоту расположения манометра над точкой М. Так, избыточное дав­ление в точке М

рм = hipig + h2p2g (2.13)

Чашечный манометр (рис. 2.5, б) удобнее описанного выше тем, что при пользовании им необходимо фиксировать положение лишь одного уров­ня жидкости (при достаточно большом диаметре чашки по сравнению с диа­метром трубки уровень жидкости в чашке можно считать неизменным).

Для измерения разности давлений в двух точках служат дифференци­альные манометры, простейшим из которых является U-образный манометр (рис. 2.5, в). Если при помощи такого манометра, обычно заполненного рту­тью, измерена разность давлений pi и р₂ в жидкости плотностью р, которая полностью заполняет соединительные трубки, то

р1 - р2 = ^⁽Ррт ^- p⁾. ⁽².¹⁴⁾

Для измерения малых перепадов давления воды применяют двухжид­костный микроманометр, представляющий собой перевернутую U-образную

трубку с маслом или керосином в верхней части (рис. 2.5, г). Для этого слу­чая

pi - р2 = hg(p2 - pi). (2.15)

Двухжидкостный чашечный манометр (рис. 2.5, д) предназначен для измерения давления или разрежений воздуха в интервале от 0,01 до 0,05 МПа.

Для измерения давлений более 0,2-0,3 МПа применяют механические манометры - пружинные или мембранные. Принцип их действия основан на деформации полой пружины или мембраны под действием измеряемого дав­ления. Через механизм эта деформация передается стрелке, которая показы­вает величину измеряемого давления на циферблате.