Методические указания к лабораторной работе № 1 (гд-1) изучение действия основного закона гидростатистики

Цель лабораторной работы опытная проверка действия основного уравнения гидростатики, получение практических навыков работы с жидкостными приборами для измерения гидростатического давления, сложными статическими гидросистемами, водоструйными насосами.

Задачи работы изучить жидкостные приборы для измерения давления и научиться, ими пользоваться, провести измерения избыточного давления и вакуума в резервуарах.

В результате выполнения работы студенты должны:

- знать конструкцию пьезометров и U-образных манометров для измерения гидростатического давления, принцип действия, на котором они основаны, области их технического применения, способ подключения приборов и гидросистем к сосудам, основной закон гидростатистики;

- уметь выбирать нужный тип прибора для измерения гидростатического давления в требуемой точке, снимать показания с прибора, обрабатывать их и определять погрешность измерения, проводить расчеты избыточного давления, вакуума и абсолютного давления, пользоваться при расчетах основным уравнением гидростатистики, заполнять техническую документацию при проведении испытаний и опытов.

1.1 Задание на выполнение работы

1. Самостоятельно изучить теоретический материал по жидкостным приборам для измерения давления, повторить вопросы лекционного курса: гидростатическое давление, основной закон гидростатики, закон Паскаля, сообщающиеся сосуды.

2. Ознакомиться со схемами и конструкциями лабораторных установок ГД-0 и ГД-1.

3. Зарисовать в журнал лабораторных работ конструктивные схемы установок и кратко описать принцип их действия и порядок выполнения работ.

4. Провести измерения гидростатического давления в резервуарах в заданных точках и занести их в протокол испытаний (журнал лабораторных работ).

5. Рассчитать гидростатическое давление в резервуарах в давленных точках с использованием основного уравнения гидростатики и схемы установки (высоты и уровни жидкости измеряются).

6. Сравнить расчетные и опытные данные.

7. Дать ответы на контрольные вопросы при защите лабораторной работы (по указанию преподавателя).

1.2. Описание лабораторных установок и указания по проведению измерений гидростатического давления.

Измерение гидростатического давления и перепада давлений проводится на установках ГД-О и ГД-1 с помощью пьезометров и - образных манометров. Принцип работы установок основан на гидростатическом действии, заключающемся в том, что измеряемое давление столба жидкости определенной плотности.

1.2.1 Описание установки гд-1

Установки ГД-1 (см. рис 1.1) состоит из двух резервуаров: обратного верхнего- основного и нижнего – резервуара обратного пьезометра. Основной резервуар А представляет собой замкнутый сосуд, частично заполненный водой. В воздушной области этого резервуара измеряются избыточное(манометрическое) давление, создаваемого с помощью воздушного насоса 10 и вакуум, создаваемое с помощью воздушного насоса 13. Воздушная область резервуара А с помощью крана 20 может соединяться с атмосферой Приборы № 1 и № 2 ( U-образные манометры) одним концом соединены с воздушной областью резервуара А , а другим - с атмосферой и предназначены для измерения гидростатического давления в воздушной области резервуара А.

Пьезометр № 3 одним концом соединен с нижней точкой резервуара А, а другим – с атмосферой, и предназначен для измерения абсолютного гидростатического давления в нижней точке резервуара.

Рис. 1.1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ (ГД-1)

Р_а – атмосферное давление;

Р_А – абсолютное гидростатическое давление;

∞ - пробочный кран: □- закрыт; │- открыт;

6- Кран для отключения обратного пьезометра и водоструйного насоса от воздушной области резервуара А ;

10 – воздушный ручной насос;13 – водоструйный насос;

19 – кран водопроводный для запуска водоструйного насоса;

20 – кран для отключения воздушной области резервуара А от атмосферной среды;

21 – кран для отключения пьезометра № 3 от резервуара А.

22 – кран для отключения воздушного насоса от резервуара А.

Глубина погружения точки от уровня жидкости равна внутреннему радиусу резервуара А и составляет h= 90 мм.

Обратный пьезометр № 4 (вакуумметр) одним концом соединен с воздушной средой резервуара А , с нижней точкой резервуара В и предназначен для измерения вакуума в воздушной области резервуара А. Резервуар В постоянно соединен воздушной областью с атмосферой.

Последовательность настройки установки и проведения опыта следующая

1. Краном 20 отключить воздушную область резервуара А от атмосферы.

2. Краном 6 отключить обратный пьезометр и водоструйный насос от воздушной области резервуара А.

3. Краном 21 подключить пьезометр 3.

4. Краном 22 соединить воздушную область резервуара А с ручным воздушным насосом 10.

5. Открыть крышку справа и извлечь ручной насос 10. Создать им избыточное давление в воздушной области резервуара А , после чего закрыть кран 22.

6. После того , как уровни жидкости в пьезометрах установятся ( не будет наблюдаться подъема или опускания уровня жидкости), произвести измерения, т.е. снять отчеты по шкалам приборов №1 и №2,соответствующие уровню жидкости в левом и правом коленах приборов. Снять отчет по пьезометру №3 (свой ответы занести в журнал испытаний).

7. Открыть кран №22 и изменить (повысить) насосам 10 давление в воздушной области резервуара А , закрыть кран №22 и снова снять отчеты по шкалам приборов №1,№2,№3. Указанные измерения произвести три раза.

1.2.3. Измерения вакуума в воздушной области резервуара А.

Последовательность настройки установки и проведения опытов следующая

1. Краном 21 отключить пьезометр №3.

2. Краном 22 отключить ручной воздушный насос № 10.

3. Соединить воздушную полость резервуара А с разрешающей полостью водоструйного насоса открытием крана №6.

4. Для создания вакуума сначала отсоединить воздушную область резервуара А с атмосферой открытием крана №20. Убедившись ,что давление воздушной области резервуара А стало атмосферным ( по пьезометрам №1, №2),снять начальный отчет по обратному пьезометру №4 при атмосферном давление (занести в журнал).

5. Закрыть кран №20 и поворотам рукоятки крана №19 запустить водоструйный насос № 13.

6. Краном №19 выключить водоструйный насос, снять отчеты по приборам №1 №2 №4 и занести в журнал. Измерения вакуума произвести три раза.

1.2.3. Обработка результатов измерения избыточного давления и вакуума.

Результаты отчетов по приборам занести в протоколы, в журнал лабораторных работ.

Избыточное давление (манометрическое) или вакуум в воздушной области резервуара А вычисляются по формулам:

Р _изб = S g h _u =S g (h_л-h_n);

Р _бак = S g h _B= S g (h _п -h _л),

Где h _л, h _п. – соответственно, уровни жидкости в левом и правом коленах приборов №1 №2,

S- плотность воды (принимать 1000 кг \ м₃);

Для определения вакуума с помощью обратного пьезометра № 4 необходимо найти разность уровней (перепад высот) h в данном пьезометре при пониженном и атмосферном (нулевой отчет) давлениях , а затем определить величину вакуума по формуле.

P_бак =h_sSg, (1.3)

где g – ускорение свободного падения.

Абсолютное гидростатическое давление в нижней точке резервуара находится по основному закону гидростатики

Р_А= Р_о+ Sgh. (1.4)

При этом заглубление рассматриваемой точки h = 90 мм, а Р_о- внешнее давление (на поверхность жидкости) в резервуаре А. Вычисление абсолютного давления в замкнутой области резервуара А проводится по формулам:

Р _А =Р _а + Р _изб; (1.5)

Р_А= Р_а – Р_{бак .} (1.6)