- 16 -

Предмет: "Основы гидравлики и теплопередачи"

Практическая работа №1

Тема: Определение основных физических свойств жидкости.

Определение силы, действующей на плоскую, криволинейную стенку и на дно

резервуаров и гидромеханических сооружений.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению физических свойств жидкости

научиться определять величину гидростатического давления, величину

силы, действующей на стенки и дно резервуаров и гидромеханических сооружений.

воспитательная:

побудить к познавательной, творческой деятельности, привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Жидкости характеризуются определенными физическими свойствами:

плотностью, удельным весом, сжимаемостью, вязкостью и др.

Плотностью называется масса жидкости, содержащаяся в единице объема, кг/м³

Для дистиллированной воды при 4 ⁰С  = 1000 кг/м³

Удельным весом  жидкости называется вес единицы объема жидкости, Н/м³

для дистиллированной воды при 4 ⁰С  = 9806 Н/ м³

Удельным объемом жидкости называется объем, занимаемый единицей массы жидкости, м³/кг

Сжимаемость ( или объемная упругость) жидкости характеризуется коэффициентом сжимаемости _V .

Под упругой сжимаемостью жидкости понимают ее способность принимать прежний объем V после снятия нагрузки р. Отношение относительного изменения объема жидкости V/ V к изменению давления р и называется коэффициентом объемного сжатия.

Величина, обратная коэффициенту сжимаемости, называется модулем объемной упругости

Для воды в обычных условиях Е_о =2,03 х 10⁹ Па = 2,07 х 10⁴ кгс/см² , а при увеличении давления на

100 атм первоначальный объем измениться на 0,5 %

Таким образом, сжимаемостью жидкости можно пренебрегать.

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению слоев жидкости.

Динамическая вязкость показывает, какую работу на единицу объемного расхода необходимо совершить для преодоления сил внутреннего трения.

Единицей динамической вязкости является Па * с.

В практических расчетах часто пользуются кинематической вязкостью , м²/с:

Основное уравнение гидростатики р = р₀ +  g h

Абсолютное давление в любой точке жидкости на глубине h равно сумме поверхностного давления р₀ и избыточного давления, созданного весом столба жидкости  g h.

С увеличением глубины давление жидкости растет по закону прямой.

Избыточное гидростатическое давление будет одинаковым во всех точках, расположенных на одной глубине.

Полная сила, действующая на плоскую стенку, равна произведению площади стенки на гидростатическое давление в ее центре тяжести:

Р = (р₀ + g h) F = p_c F

Частным случаем криволинейной стенки являются стенки цилиндрических резервуаров, котлов, труб и др.

Полная сила давления, действующая на цилиндрическую поверхность

Р =  Р²_х + Р²_у

где Р_х – горизонтальная составляющая , равная силе давления жидкости на вертикальную

проекцию цилиндрической поверхности , Н

Р_х = g h _ц.т F_верт

Р_у – вертикальная составляющая силы давления Н, равная силе тяжести,

действующей в объеме тела давления V:

Р_у = g V

Вопросы по допуску к практической работе

1. Какую науку называют гидравликой? Перечислите основные законы гидравлики, кем они были открыты.

2. Какие физические тела называют жидкостями. Перечислите основные свойства жидкостей.

3. Какие существуют виды жидкостей, в чем отличие между ними?

4. Что такое идеальная жидкость, кто впервые ввел это понятие? В чем отличие реальной жидкости от реальной?

5. Как подразделяются силы, действующие на жидкость?

6. Что называется плотностью, удельным весом, удельным объемом жидкости? Единицы измерения этих величин.

7. Какое свойство жидкости называется вязкостью? Как определяется сила продольного внутреннего трения слоев жидкости? Единицы измерения динамической и кинематической вязкости.

8. Что называется сжимаемостью жидкости? Как определить коэффициент объемного сжатия и модуль объемной упругости жидкости?

9. Что изучает гидростатика? Что называется гидростатическим давлением? Единицы измерения.

10. Какими свойствами обладает гидростатическое давление?

11. Основное уравнение гидростатики.

12. Схема и принцип работы гидравлического пресса.

13. Абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление жидкости. Единицы измерения? Гидростатический напор жидкости.

14. Закон Архимеда. Три состояния тела.

15. Как определить силу давления жидкости на плоскую стенку?

16. Что называется гидростатическим парадоксом?

17. Как определить полную силу давления, действующую на цилиндрическую поверхность?

Задания, предлагаемые для решения. Вариант 1

Задача 1.

Манометр, установленный на водопроводе, показывает давление 2,1 бара.

Определить, чему равно абсолютное давление , измеренное в Па, мм. рт. ст..

Атмосферное давление принять равным 101 кПа.

Задача 2.

Определить абсолютное давление воды в трубопроводе, если U- образный ртутный манометр показал перепад ∆h= 300 мм.рт.ст. Барометрическое давление равно= 745 мм.рт.ст.

Задача 3

Определить силу давления воды на дно сосуда, если площадь дна его 0,35 м², а уровень воды расположен на высоте 2 м от дна.

Задача 4

Топливо хранится в цилиндрической емкости высотой 5 м и диаметром 2 метра.

Определить силу , действующую на боковую стенку хранилища. Плотность топлива ρ= 790 кг/м³.

Задача 5.

Два цилиндра соединены трубкой по схеме. известно, что диаметр первого цилиндра 50 см, а второго – 20 см. Цилиндр меньшего диаметра расположен выше цилиндра большего диаметра на h= 0,5 м. Определить какое усилие необходимо приложить к большому поршню, чтобы система пришла в равновесие, если на поршень малого цилиндра действует сила 500 Н.

F₁

d₁ F₂

h

d₂

Вариант 2

Задача 1

Вакуумметр, установленный на трубопроводе показывает давление 0,2 кгс/см². Определить

чему равно абсолютное давление измеренное в Па, мм.рт.ст., если атмосферное равно 1бар.

Задача 2

определить разность давлений в подающей и обратной трубах системы водяного отопления, если разность уровней ртути в U- образном манометре 300 мм . Трубы расположены в одной горизонтальной плоскости. Ответ дать в Па, мм.рт.ст. , м.вод.ст.

Задача 3.

Определить силу давления воды на дно сосуда если ширина основания 2м , а длина основания 3м,

уровень воды расположен, на высоте 3 м от дна.

Задача 4

Определить давление на внутреннюю стенку открытого канала, заполненного водой , на глубине

0,5 метров от поверхности , если известно, что барометрическое давление равно 756 мм.рт. ст.

Задача 5

Определить силу , действующую на малый поршень гидравлического пресса , сжимающее усилие большого поршня если известно, что диаметр большого поршня 340 мм , диаметр малого поршня 28 мм длина рычага 1200 мм, расстояние от шарнира рукоятки до опоры на малый поршень 100 мм. Усилие, прилагаемое к свободному концу рычага 300 Н. Схема пресса в конспекте.