Гидравлика для студентов / метод. указ гидростатика
.pdfТаблица 3.2 Показания батарейного мановакуумметра и механического прибора
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давление |
|
№ опыта |
Режим |
Уровень |
|
|
|
|
|
|
|
|
под крышкой бака |
|||
жидкости |
|
№ колена пьезометров П3 |
Рм (Рвак), кПа |
|||||||||||
в трубках, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
рас- |
по МВ1 |
|||||
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
четное, |
(ВН), |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
КПа |
КПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hiл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
атм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
> Р |
hin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
абс |
|
|
сле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hл |
|
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
сле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
атм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< Р |
hin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
абс |
|
|
сле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hiл − уровень жидкости в левом колене трубки; hin − уровень жидкости в правом колене трубки.
3)сбросить избыточное давление в баке, снять пробку 10 (смотри рисунок 2.1), открыть краны В1÷В4;
4)записать по показаниям барометра атмосферное давление в таблицу 3.1, а также плотности используемых жидкостей в таблицу 3.3
Таблица 3.3 − Плотности используемых жидкостей
№ |
Прибор |
Жидкость |
Плотность, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1.2Режим вакуумметрического давления (опыт № 2) Порядок проведения опыта № 2:
1)записать показания Н0 пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;
2)с помощью насоса–компрессора установить в баке режим вакуумметрического давления. Для этого необходимо:
1)закрыть краны В8 и В9, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В5 при этом открыт);
2)закрыть краны В1, В2, В7, открыть краны В3, В4 и В6;
3)нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 нужное давление. Необходимо следить, чтобы жидкость под действием вакуумметрического давления не опускалась до нижнего края пьезометра П1;
4)отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть краны В3 и В4;
5)зафиксировать показания Н1 пьезометра П1, показания батарейного манометра П3 и показания механического прибора ВН. Записать эти показания в таблицу 3.1 и таблицу 3.2.
6)сбросить избыточное давление в баке, открыть пробку 10 (смотри рисунок 2.2 ) для чего открыть краны В1÷В4.
3.2.1 Обработка результатов эксперимента в лабораторной работе № 1
Для обработки результатов эксперимента составьте расчетные формулы для определения манометрического давления Pм, вакуумметрического давления Рв и абсолютного давления Рабс по показаниям пьезометра П1 и батарейного манометра, воспользовавшись материалами раздела 1 данных методических указаний.
При заполнении таблицы 3.1 и 3.2 необходимо:
4 рассчитать значения Рм и Рв по показаниям жидкостных приборов;
4сравнить рассчитанные значения с показаниями механических приборов МВ1 и ВН,
4 Рассчитать Рабс по показаниям П1;
32
4Оценить абсолютную и относительную погрешности измерения давлений, рассчитанных по показаниям пьезометра П1, возникающей из-за неучета
опускания (подъема) уровня рабочей жидкости в баке.
Изменение уровня в баке может быть оценено из уравнения баланса объемов жидкости в баке и в пьезометре:
WБWБ
WП
WП
SБ L
D2 H4
При использовании батарейного мановакуумметра возникает следующая сложность: уровни жидкости в левых и правых трубках колен не уравновешиваются, образуя некий перепад (положительный или отрицательный). Это обусловлено возникновением вакуума или избыточного давления в пространстве между коленами. Так как перед установлением режима давление над свободной поверхностью в левой трубке крайнего левого колена и в правой трубке крайнего правого колена атмосферное, то суммарный перепад во всех коленах равен нулю hi 0. Поэтому расчет давления может производиться с учетом возникающих перепадов (формула3.1), либо без учета (формула3.2). Результат в обоих случаях будет одним и тем же. Это и подтверждает проделанный опыт (смотри таблицу 3.2).
hi |
hin(после) |
hin(до) hiл(после) hiл(до) |
(3.1) |
|
hi |
hin(после) hiл(после) |
(3.2) |
33
4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ НЕИЗВЕСТНОЙ ЖИДКОСТИ»
Цель лабораторной работы является приобретение навыков определения плотности неизвестной жидкости по показаниям жидкостных и механических приборов.
4.1 Выполнение лабораторной работы Лабораторная работа № 2 выполняется одновременно с лабораторной
работой № 1. При этом лабораторная работа № 2 может быть сделана при открытом и закрытом кране В8.
Конструкция пьезометрического щита 4 и пьезометров П1 и П2 такова (см. рисунок 2.1), что при возможных реализуемых режимах (манометрическом и вакуумметрическом) перепад ∆h в пьезометре П2 всегда меньше перепада ∆Н в пьезометре П1 (если только плотность неизвестной жидкости не окажется много меньшей, чем плотность рабочей жидкости). Для расширения диапазона рабочих давлений до предусмотренных конструкций пьезометра П1 с одновременным определением плотности неизвестной жидкости предусмотрена возможность «поднапоривания» левой трубки U–образного мановакуумметра П2 с измерением давления в этой трубке с помощью механического прибора – манометра МН2.
Для выполнения работы необходимо при закрытом кране В8:
1)сбросить давление под крышкой бака до атмосферного;
2)открыть кран В9, закрыть кран В8;
3)установить необходимый режим, соблюдая особые меры предосторожности
при выполнении (см. порядок выполнения лабораторной работы № 1). Необходимо следить, чтобы испытуемая жидкость не доходила до
высшей точки левого колена П2.
Необходимо также контролировать положение рабочей жидкости в левом канале пьезометра П1, так как испытуемая жидкость может иметь плотность большую, чем плотность рабочей жидкости.
4) записать показания U-образного мановакуумметра П2 (hл, hпр) и показания механического прибора МН2 в таблице 4.1.
При выполнении лабораторной работы № 2 при открытом кране В8 производятся те же самые операции, что и при закрытом кране В8, однако показания МН2 = 0.
34
Таблица 4.1 – Показания U – образного мановакуумметра и механических приборов при закрытом кране В8
|
|
|
Показания |
Показания |
Плотность |
||||
опыта |
|
|
жидкости |
||||||
Режим |
мановакуумметра |
механических |
|||||||
ρж |
|||||||||
|
|
|
П2, см |
приборов, ат |
|||||
|
|
|
|
||||||
№ |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hл |
|
hпр |
hм(в) |
МН1 |
МН2 |
|
|
1 |
Рабс > Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Рабс < Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.2 − Показания U – образного мановакуумметра и механических приборов при открытом кране В8
опыта№
1
2
|
|
|
|
|
Расчетное |
Плотность |
||
|
|
Показания |
|
давление под |
||||
|
|
|
жидкости ρж, кг/м3 |
|||||
|
мановакуумметра П2, см |
крышкой бака, |
||||||
|
|
|
||||||
Режим |
|
|
|
|
кПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по П1 |
по бат. |
|
по бат. |
|
hл |
hпр |
|
hм(в) |
из |
П3 из |
по П1 |
|
|
|
П3 |
||||||
|
|
|
|
|
табл.3.1 |
табл. 3.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рабс > Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабс < Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2 Обработка результатов эксперимента в лабораторной работе № 2 Рассчитать плотность неизвестной жидкости по показаниям жидкостных
приборов (при открытом кране В8) или по показаниям манометра МН2 (при закрытом кране В8):
|
ж |
Рм(в) |
, |
(4.1) |
|
g hм(в) |
|||
|
|
|
|
|
где ∆hм(в) |
− показание жидкостного мановакуумметра П2; |
|
||
Рм(в) |
− давление, рассчитанное по показанием жидкостных |
|||
|
приборов П1 или П3 (при открытом кране В8); |
|
||
В случае работы при закрытом кране В8 это давление определяется разностью давления по показаниям РU механического прибора МН2 и давления в баке Рмех, определяемого либо по показаниям механического прибора МН1 и ВН:
Рм(в) РмБ(в) РмU(в) |
(4.2) |
35
5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКИЕ СТЕНКИ»
Цель работы:
-демонстрация закона Паскаля;
-приобретение навыков определение силы избыточного давления на плоские горизонтальную и вертикальную стенки.
5.1 Порядок выполнения лабораторной работы Работа может быть совмещена с выполнением работы №1:
1)установить под крышкой бака атмосферное давление;
2)записать начальное положение указателей на шкалах для горизонтальной и вертикальной стенок;
3)выполнить п.п. 1-4 п.3.2, создав под крышкой избыточное давление;
4)записать положение указателей на шкалах сильфонов в табл. 5.1;
5)повторить опыты для вакуумметрического давления под крышкой. Лабораторная работа № 3 может быть выполнена без проведения работы
№ 1. В этом случае расчетные значения дополнительной силы давления на стенку определяется по показаниям механического прибора МН1 (ВН).
5.2 Обработка полученных результатов опытов Запишите характеристики стенок в следующем виде:
горизонтальная: диаметр dг = ______ мм; площадь сечения Sг - _______. градуировочная характеристика сильфона С = _____ Н/мм.
вертикальная: диаметр dв = ______ мм; площадь сечения Sв - _______. градуировочная характеристика сильфона С = _____ Н/мм.
1)определить по величине перемещения стенки и градуировочной характеристики сильфона по формуле (1.14) дополнительные усилия на стенки;
2)рассчитать по показаниям жидкостных приборов и по формуле (1.15) приращение усилий на стенки;
3)результаты занести в таблицу 5.1 или таблицу 5.2.
36
Таблица 5.1 – Измерение сил давления с помощью сильфонного динамометра совместно с лабораторной работой №1
|
Расчетное |
|
|
Дополнительная сила давления на стенку |
|||||||||
|
манометрическо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
е давление под |
|
горизонтальная |
|
Вертикальная |
||||||||
Ре- |
крышкой бака |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по сильфонному |
|
|
по сильфонному |
|||||
жим |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
динамометру |
|
|
динамометру |
|||||
|
из таб- |
из таб- |
по |
по |
|
по |
по |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
указатель |
|
указатель |
|
||||||||
|
лицы 1 |
лицы 2 |
П1 |
П3 |
|
|
П1 |
П3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
до |
по- |
|
до |
по- |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
сле |
|
|
|
сле |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабс>Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабс<Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 − Измерение сил давления с помощью сильфонного динамометра отдельно от лабораторной работы №1
|
Давления по |
Дополнительная сила давления на стенку |
||||
|
|
|
|
|
||
|
горизонтальная |
Вертикальная |
||||
Режим |
мех. прибору |
|||||
|
|
|
|
|||
по мех. |
по сильф. |
по мех. |
по сильф. |
|||
|
МН(ВН) |
|||||
|
прибору |
динамометру |
прибору |
динамометру |
||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Рабс>Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабс<Ратм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
37
6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Для допуска к защите лабораторной работы по гидростатике студент должен предоставить отчет о их выполнении.
Отчет должен содержать:
1)титульный лист (приложение А);
2)цель работы;
3)таблицы измерений и расчетов;
4)основные расчетные формулы.
Для защиты студент должен ответить на ряд контрольных вопросов и
решить задачу по указанию преподавателя.
6.1 Контрольные вопросы:
1.Что такое гидростатического давления?
2.Перечислите наиболее распространенные единицы измерения давления и укажите связь между ними?
3.Виды гидростатического давления? Их взаимосвязь.
4.Запишите основное уравнение (формулу) гидростатики, дайте объяснение его составляющим.
5.Сформулируйте закон Паскаля.
6.Определите понятия: приведенная высота, пьезометрическая высота, вакуумметрическая высота. Поясните рисунком.
7.Классификация приборов для измерения давления.
8.Какие принципы действия для измерения давления вам известны?
9.Класс точности прибора.
10.В чем заключается принцип действия жидкостных приборов? Их достоинства и недостатки?
11.Объясните, как влияет плотность жидкости на распределение давления по высоте ее объема в поле сил тяжести.
12.Для чего служит жидкостной дифференциальный U – образный манометр? Нарисуйте схему измерений с его помощью.
13.В чем заключается принцип действия механических приборов? Их устройство?
14.Что называется пьезометрической плоскостью?
15.Перечислите параметры, от которых зависит величина силы гидростатического давления на плоскую поверхность.
38
16.Что называется центром давления? Где он располагается относительно центра тяжести поверхности?
17.Объясните, как влияет изменение внешнего давления над свободной поверхностью жидкости на силу давления, которую эта жидкость оказывает на плоскую вертикальную крышку люка в стенке сосуда.
39