4.2. Давление жидкости на цилиндрическую поверхность.

Горизонтальная составляющая силы давления на цилиндрическую поверхность см. рис. 4.5 равна силе давления жидкости на вертикальную проекцию этой поверхности и определяется по формуле:

Р_х = ρ·g·h_c·F_y, (4.9)

где Р_х – горизонтальная составляющая силы давления на цилиндрическую поверхность, Н;

F_y – вертикальная проекция поверхности, м².

Вертикальная составляющая силы давления равна силе тяжести жидкости в объеме тела давления и определяется по формуле:

Р_у = ρ·g·V, (4.10)

где Р_у – вертикальная составляющая силы давления на цилиндрическую поверхность, Н;

V – полный объем, полученный в результате суммирования элементарных объемов ΔV, м³.

Объем V называется телом давления и представляет собой объем жидкости, ограниченный сверху уровнем свободной поверхности жидкости, снизу – рассматриваемой криволинейной поверхностью стенки, смоченной жидкостью, и с боков – вертикальными поверхностями, проведенными через границы стенки.

Полная сила давления жидкости определяется как равнодействующая сила Р_х и Р_у по формуле:

Р = √P_x²+P_y², (4.11)

где Р – полная сила давления жидкости на цилиндрическую поверхность, Н.

Угол β, составленный равнодействующей с горизонтом, определяется из условия по формуле:

tg β = Р_у / Р_х, (4.12)

где β – угол, составленный равнодействующей с горизонтом, град.

4.3. Давление жидкости на стенки труб.

Определим силу давления Р жидкости на стенку круглой трубы длинной l с внутренним диаметром d.

Пренебрегая массой жидкости в трубе, составим уравнение равновесия:

p·l·d = P_x = P_y = P, (4.13)

где l·d – площадь диаметрального сечения трубы, м²;

P – искомая сила давления жидкости на стенку трубы, Н.

Необходимая толщина стенок трубы определяется по формуле:

δ = p·d / (2σ), (4.14)

где σ – допускаемое напряжение материала стенок на разрыв, Па.

Полученный по формуле (4.14) результат обычно увеличивают на величину α

δ = p·d / (2σ) + α, (4.15)

где α – коэффициент запаса, учитывающий возможную коррозию, неточность отлива и т.п.

α = 3…7.

5 Порядок проведения работы

5.1. Изучить материал рекомендованной литературы.

5.2. Ознакомиться с приборами для измерения давления.

5.3. Преобразовать размерности давления различных технических систем в размерность давления международной системы СИ – Па:

740 мм рт. ст.;

2300 мм вод. ст.;

1,3 ат;

2,4 бар;

0,6 кг/см²;

2500 Н/см².

5.4. Решить задачи:

5.4.1. Прямоугольный открытый резервуар предназначен для хранения воды. Определить силы давления на стенки и дно резервуара, если ширина a, длина b, объем V. Данные взять из табл. 5.1 (нечетные варианты).

Таблица 5.1