Порядок проведения опытов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Цель работы

При выполнении данной работы студенты проводят опытную проверку основного уравнения гидростатики; знакомятся с измерительными приборами - пьезометрами, манометрами и вакууметрами, с помощью которых измеряют вакуум и избыточное давление внутри жидкости и в замкнутой воздушной области над поверхностью жидкости.

Основные положения и расчетные зависимости

Давление, возникающее в каждой точке жидкости под действием внешних сил и силы тяжести самой жидкости, называется гидростатическим.

Абсолютное гидростатическое давление рассчитывается по основному уравнению гидростатики:

(1-1)

или (1-2)

где - внешнее давление (на поверхности жидкости);

— объемный вес жидкости;

- плотность жидкости;

— глубина погружения точки.

Уравнение в записи (1-1) более удобно для вычислений в системе МКГСС, а запись (2-2) - в системе СИ.

Второе слагаемое в уравнениях (1-1) и (2-2) обусловлено весом самой жидкости и называется весовым давлением:

(1-3)

При сравнении абсолютного давления в данной точке с давлением окружающей атмосферной среды возможны три случая:

1) 2) и 3) .

Во втором случае есть избыток абсолютного давления над атмосферным:

(1-4)

где - избыточное (или манометрическое) давление.

В третьем случае имеет место недостаток абсолютного давления до атмосферного, т.е. есть вакуум; при этом вакуумметрическое давление (вакуум) равно:

(1-5)

Сравнивая формулы (1-4) и (1-5) можно видеть, что:

(1-6)

Изменение давления в любой точке жидкости в замкнутом сосуде можно получить, меняя давление на свободной поверхности, которое также может быть:

; ; ,

т.е. также может быть избыток внешнего давления над атмосферным или недостаток до него (внешний вакуум):

(1-7)

(1-8)

Измерительные приборы фиксируют только избыточное (манометрическое) давление и вакуум.

Простейшим измерительным прибором является пьезометр, с помощью которого можно измерить избыточное и вакуумметрическое давления непосредственно высотой столба жидкости в пьезометре, при этом связь между высотами и давлениями определится зависимостями:

(1-9)

(1-10),

где - пьезометрическая высота; - вакуумметрическая высота.

Энергия жидкости характеризуется так называемым напором.

Пьезометрический напор представляет собой запас потенциальной энергии одной весовой единицы жидкости относительно выбранной плоскости сравнения, и может быть определен как сумма двух высот - геометрической и пьезометрической :

(1-11)

где - отметка точки над плоскостью сравнения 0-0.

В покоящейся жидкости:

,

т.е. удельная энергия (энергия одной весовой единицы) для всех точек жидкости постоянная, что легко проверить визуально на опытной установке.

Опытная установка (рис. 1-1) состоит из металлического герметично закрытого резервуара 1 с жидкостью (водой), в боковой стенке которого имеются отверстия для присоединения измерительных приборов: пьезометров 2, манометра 3 и водомерного стекла 4, показывающего положение уровня воды в баке 1. Различное давление воздуха над поверхностью жидкости создается с помощью насоса, присоединяемого к нипельному устройству 6 в крышке бака. Величина давления на поверхности жидкости измеряется манометром 7 или вакууметром 8. Для измерения малых вакуумметрических давлений, когда пользование шкалой механического вакуумметра 8 затруднительно, к воздушному пространству над жидкостью присоединен жидкостный вакуумметр - обратный пьезометр 9. Вблизи пьезометров и у водомерного стекла поставлены рейки со шкалами.

Порядок проведения опытов

Перед началом опытов бак частично заполняется водой. Измерение гидростатического давления производится на свободной поверхности (в замкнутой воздушной области) и внутри жидкости в точках 1 и 1’, лежащих в одной горизонтальной плоскости.

Работа выполняется для трех вариантов давления на свободной поверхности.

1. Давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному ( ), то есть кран ниппельного устройства 6 сообщается с окружающей атмосферой (открыт).

Снимаются показания: избыточное давление в точке 1’ - по манометру 3 и пьезометрическая высота в этой же точке - по пьезометру; глубина погружения точки 1 под уровень свободной поверхности - по водомерному стеклу 4.

Все замеры заносятся в таблицу и показываются с обозначениями на схеме (рис. 1—2, а).

2. Давление в воздушном пространстве над свободной поверхностью устанавливается больше атмосферного ( ). Кран закрыт; кран открыт и с помощью насоса воздух нагнетается в замкнутое пространство над свободной поверхностью жидкости до получения некоторого избыточного давления после чего все краны перекрываются.

Измеряется избыточное давление на поверхности жидкости и вблизи дна сосуда - по показаниям манометров 3 и 7, пьезометрическая высота для точки 1 и глубина погружения этой точки.

Все замеры заносятся в таблицу и на схему (рис. 1—2, б).

3. Давление на свободной поверхности устанавливается меньше атмосферного ( ).

Кран закрыт, кран открыт и с помощью насоса воздух частично отсасывается из сосуда до получения некоторого разряжения под крышкой сосуда.

Измеряется вакуум на поверхности жидкости, избыточное давление в точках 1 и 1’ вблизи дна сосуда манометром 3 и пьезометром № 1, глубина погружения точек 1 и 1’.

При малом разряжении воздуха в сосуде над свободной поверхностью механическиq вакуумметр не позволяет взять точное показание, поэтому величину вакуума можно измерить с помощью обратного пьезометра 9, опущенного в бачок с подкрашенной жидкостью. При наличии вакуума подкрашенная жидкость поднимается по обратному пьезометру на вакуумметрическую высоту .

Все замеры заносятся в таблицу и показываются на схеме (рис. 1—2, в).

При проведении опытов следует убедиться - сначала визуально - что величина пьезометрического напора для всех точек жидкости в каждом опыте одинакова.

Примечание: При сравнительно небольших давлениях трудно взять точное значение давления по механическим манометрам 3 и 7. Поэтому, чтобы избежать неточностей и расхождений в результатах обработки, следует еще во время опыта, перед записью в журнал, сверить показания манометра и пьезометра, имея ввиду, что пьезометр дает точное показание величины давления. Для этого надо знать (или заранее определить) сколькими метрами водяного столба уравновешивается давление, равное одной технической атмосфере.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: