40

3.5. Контрольные вопросы

В чем состоят цели моделирования теплопередачи?

В чем заключаются сложности строгого теоретического под­хода для определения поля температуры в трубе?

Какие упрощения предусматриваются каждой моделью?

Каковы основные этапы работы?

Что следует проанализировать по результатам моделирования?

Работа 3

Измерение давления и вакуума

В покоящейся жидкости

Доц. Б.Ф. Степочкин, доц. Ю.И. Разинов

Важнейшей характеристикой покоящейся жидкости является гидростатическое давление, которое определяется выражением

p = lim , (1)

AS^O AS

где р - гидростатическое давление в точке; АР - сила давления жидкости, действующая на элементарную площадку AS .

Величина гидростатического давления, возникающего внутри жидкости, находится из основного уравнения гидростатики:

P=Po+PgH, (2)

где Ро - давление на свободную поверхность жидкости. Па; р - плот­ность жидкости, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м/с ; Н -глубина погружения точки, м.

Различают абсолютное давление, определяемое соотношением (1), а также избыточное давление и вакуум. В том случае, если абсо­лютное давление выше атмосферного, вводится понятие избыточного давления:

"изб г абс г атм '

(3)

41

а при абсолютном давлении в системе ниже атмосферного - понятие вакуума. По шкале вакуума отсчет ведется от давления, равного атмо­сферному, но в сторону уменьшения давления. Связь между вакуумом Рвак и абсолютным давлением выражается формулой

г вак гатм габс *

(4)

Единицами измерения давления в международной, технической

и физической системах единиц являются паскаль (Н/м ), кгс/м и

дн/см . Иногда в качестве меры давления принимают высоту столба

жидкости, уравновешивающего данное давление.

Для измерения давления применяются различные приборы, тип и конструкция которых зависят от величины измеряемых давлений и той точности, которая должна быть обеспечена в результате измере­ний.

Пьезометры представляют собой вертикальную стеклянную трубку, нижний конец которой соединяется с той областью, где изме­ряется давление, а верхний сообщается с атмосферой (пьезометр П на схеме). Трубка заполнена жидкостью, давление в которой измеряется, и снабжена шкалой. Зная показание пьезометра, легко определить из­быточное давление в точке его присоединения:

Ризш = Pghn , (5)

где р - плотность жидкости в резервуаре; hn - показание пьезометра

(высота столба жидкости в приборе).

Пьезометры применяются для небольших давлений (до 3-4 м вод. ст.) и обеспечивают достаточно высокую точность измерения, поэтому они чаще всего используются в лабораторных гидравличе­ских исследованиях.

Принцип действия манометров и вакуумметров одинаков, по­этому и конструкция их сходна. В данной лабораторной установке используются жидкостные и пружинные манометры и вакуумметры. Жидкостные приборы измеряют давление по высоте уравновешиваю­щего столба жидкости, заливаемой в прибор, пружинные - по дефор­мации упругих элементов прибора (пружинные или мембранные).

Жидкостные манометры и вакуумметры являются простейшими и в то же время достаточно точными приборами для измерения давле­ния и разрежения. Конструктивно такие приборы представляют собой U-образную стеклянную трубку, наполовину заполненную рабочей

42

жидкостью (ртутью, водой и др.) и снабженную шкалой (манометры Ml и Мг на схеме). Под действием давления рабочая жидкость в одном колене опускается, в другом поднимается до уравновешивания изме­ряемого давления. Давление в точке присоединения жидкостного ма­нометра Ml определяется по формуле

P™5Mi=P.ghi, (6)

где р» - плотность рабочей жидкости; hi - показание манометра Mi (разность уровней рабочей жидкости в коленах манометра).

Если соединительная трубка заполнена капельной жид­костью (манометр Мг на схеме), необходимо учесть поправку на рас­положение манометра относительно точки, в которой измеряется дав­ление. Эта поправка а равна расстоянию по вертикали между точкой присоединения манометра и уровнем рабочей жидкости в правом ко­лене. Избыточное давление в точке присоединения в этом случае вы­числяется по формуле

P„36M2=P*gh2+Pga , (7)

где Ьг - показания манометра Мг.

Разность давлений в двух точках внутри жидкости измеряется с помощью дифференциальных манометров (дифманометров). В каче­стве дифманометра может быть использован рассмотренный выше U-образный жидкостный манометр. В этом случае правое и левое колена прибора подключаются к точкам, разность давлений в которых изме­ряется.

Жидкостные манометры, вакуумметры, дифманометры, наибо­лее часто применяющиеся в технике, имеют шкалу в пределах 100-1000 мм.

Пружинные манометры и вакуумметры получили наибольшее распространение в технике. Они обладают рядом преимуществ: шкала их удобна для наблюдения (так как градуируется в единицах давле­ния), они достаточно просты в устройстве, надежны в работе, имеют небольшие размеры, широкие пределы измерений. Если давление в аппарате или трубопроводе может быть как выше, так и ниже атмо­сферного, то для его измерения применяют мановакуумметры. Пру­жинные манометры и вакуумметры выпускаются промышленностью для измерения давления до 5000 кгс/см и вакуума до 760 мм рт. ст. (или 1 кгс/см ).

43

в показания пружинных приборов также должны быть внесены поправки на их расположение, если соединительные трубки заполне­ны капельной жидкостью (манометр Мз на схеме). Давление в точке присоединения манометра Мз вычисляется по формуле

Р„збмз=Рмз+Р§2м , (8)

где рмз - показание манометра Мз; Zm - поправка на положение ма­нометра Мз.

12 3 4

^--^

ь-_^-^_

Рис. 1. Схема установки 1 - резервуар, 2,3 - вентили, 4 - уровнемер. Mi, Мг -жидкостные манометры, MB - мановакуумметр, Мз - пружинный ма­нометр, П - пьезометр

Цель работы: 1) ознакомление с методикой измерения давлений и вакуума приборами; 2) измерение двух-трех значений избыточного давления и вакуума на свободной поверхности и в точке Д, погружен­ной в жидкость на глубину Н; 3) перевод измеренных значений давле­ния в единицы СИ; 4) определение расчетных значений избыточного

44