ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА «ГИДРОСТАТИКА ГС»

Цель работы:изучить устройство и принцип действия лабораторного стенда «Гидростатика»; записать формулу для определения абсолютного давления, записать формулу для определения избыточного давления с помощью батареи пьезометров; знать плотность жидкостей в пьезометрах; определить цену деления пьезометров и манометров; выразить их значение в системе СИ.

Краткая теория.

Стенд состоит из рабочего стола 1 (рис.1), закрепленных на нем бака 2 и щита 3 с батарейным мановакуумметром П3. Рядом со столом закреплен щит настенных пьезометров 4. Бак на ¾ заполнен рабочей жидкостью. С помощью компрессора 5 и пылесоса 6, находящихся на нижней полке стола, под крышкой бака может быть создано избыточное или вакуумметрическое давление. Необходимый режим обеспечивается блоком управления 7 и кранами В1 и В2. Давление воздуха в баке регистрируется механическими приборами- манометром МН1 и вакуумметром ВН. На лицевой и боковой стенках бака расположены фланцы, к которым через сильфоны 8 крепятся две испытуемые плоские стенки 9 – вертикальная и горизонтальная. На фланцах закреплены линейки со шкалами, служащие для определения перемещения стенок. Колена батарейного мановакуумметра П3 заполнены жидкостью (в общем случае жидкости могут быть различными). Левый конец батарейного мановакуумметра заполнен воздухом и соединен с верхней частью бака, а правый - открыт в атмосферу (рис. 2).

На настенном щите пьезометров 4 размещены пьезометр П1, подключенный к заполненной рабочей жидкостью части бака, и U-образный мановакуумметр П2, заполненный исследуемой жидкостью с неизвестной плотностью. Один конец мановакуумметра П2 подсоединен к верхней (воздушной) части бака, а второй выведен на механический прибор – манометр МН2.

Краны В5 и В3 служат для блокирования мановакуумметра П2 при проведении опытов на давление или вакуум, превосходящие пределы измерения этого жидкостного прибора. Краны В8 и штуцер 10 используются для заполнения бака рабочей жидкостью и опорожнения его.

Рис. 1. Лабораторный стенд «Гидростатика ГС».

Лабораторный стенд «ГС» предназначен для выполнения лабораторных работ № 2.3.4 по определению гидростатического давления, плотности неизвестной жидкости и силы давления жидкости на плоские вертикальные и горизонтальные стенки.

Контрольные вопросы.

1. Для чего предназначен лабораторный стенд «Гидростатика ГС»?

2. На чем основан принцип действия стенда?

3. Перечислите основные элементы лабораторного стенда.

4. Какие измерители давления используются в стенде?

5. Какова цена деления шкалы батареи пьезометров?

6. Чему равна цена деления шкалы настенных пьезометров?

Рис. 2. Гидравлическая схема стенда «Гидростатика ГС».

7. Чему равна цена деления механических манометров? Выразите эту величину в системе СИ.

8. Какая жидкость налита в батарее пьезометров? Укажите ее плотность.

9. Какие жидкости налиты в настенных пьезометрах? Укажите чему равна плотность жидкости в пьезометре П1.

10. Какой жидкостью и до какого уровня заполнен бак? Почему?

11. Как определяется избыточное и мановакууметрическое давления в баке батареей настольных пьезометров? Напишите формулу.

12. Укажите два основных режима работы стенда. Какие приборы используются для создания этих режимов и где они расположены?

13. Какие методы определения гидростатического давления являются наиболее точными.

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ.

Цель работы - освоение студентами способов измерения гидростатического, избыточного и вакуумметрического давлений в двух режимах .

При подготовке к работе, в процессе выполнения работы и при обработке результатов опытов студент должен:

- ознакомиться с различными приборами для измерения давления;

- определить гидростатическое давление тремя способами в двух режимах;

- определить давление под крышкой бака по показаниям пьезометра и батарейного мановакуумметра и сравнить их с показаниями механического прибора в двух режимах;

-определить абсолютную погрешность измерения гидростатического давления всеми тремя способами для всех режимов.

Краткая теория.

Сила давления жидкости это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия одного тела на другое при их непосредственном контакте (например, жидкость и стенки сосуда). Сила давления жидкости имеет численное значение, точку приложения и направление (она всегда направлена по нормали к площадке, на которую действует жидкость). Результат действия одного тела на другое зависит не только от величины силы, но и от площади, к которой она приложена.

Давление жидкости – это скалярная величина, численно равная отношению силы к площади, по которой равномерно эта сила распределена (иногда его называют средним гидростатическим давлением).

Абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости определяется по формуле

р = р_о + ρgh,

где р_{о –} атмосферное давление на свободной поверхности жидкости (или давление сжатого воздуха в закрытом сосуде); ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; h – глубина погружения точки.

Манометрическое (избыточное) давление – это давление сверх атмосферного, т.е. разность между абсолютным давлением и атмосферным

р_ман = р – р_о.

Под вакуумметрическим давлением понимается недостаток (дефицит) давления до атмосферного или разность между атмосферным и абсолютным давлениями

р_вак = р_о - р.

За единицу давления в системе СИ принят паскаль (Па = Н/м²). Для практического использования более удобными являются кратные единицы: килопаскаль (кПа = 10³ Па) и мегапаскаль (МПа = 10⁶ Па). В технике давление измеряют в технической (ат) и физической (атм) атмосферах, а также в метрах водяного столба и миллиметрах ртутного столба. Ниже приводятся соотношения между единицами давления.

1 ат = 1 кгс/см², где 1 кгс (килограммсила) = 1 кг _* 9,8 м/с² = 9,8 Н;

1 ат = 0,098 МПа = 98 кПа = 98000 Па = 10 м вод. ст.= 735 мм рт. ст.;

1атм. = 1,033 ат = 0,1 МПа = 100 кПа = 100000 Па = 10,33 м вод. ст.= 760 мм .рт. ст.

2.1. Порядок проведения опытов по измерению гидростатического давления.

Режим избыточного давления (опыт №1)

2.2.1.Записать показания Но пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

2.2.2. С помощью компрессора установить в баке режим избыточного давления. Для этого необходимо проделать следующие операции:

1. Закрыть кран В5, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В3 при этом открыт, ст. рис. 1);

2. На пульте управления закрыть кран В1 «Нагнетание»;

3. Включить тумблер «Сеть»;

4. Установить тумблер «Режим» в положение «Нагнетание»;

5. Нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 необходимое давление;

NB! Не допускать, чтобы рабочая жидкость под действием избыточного давления выплеснулась через открытый конец П 1. Учитывая инерционность жидкости и медленное заполнение ею пьезометра необходимо периодически отпускать кнопку «Пуск», дожидаясь стабилизации уровня жидкости в П 1.

6. Отпустить кнопку «Пуск» и перекрыть кран «Нагнетание»;

2.2.3.Зафиксировать показания Н1 пьезометра П1, показания батарейного манометра П3 и показания механического прибора МН 1; записать эти показания в таблицу №2.1 и таблицу №2.2 (см. Приложение), которые представить в отчете по лабораторной работе;

2.2.4.Сбросить избыточное давление в баке, для чего открыть краны В1 «Нагнетание», В2 «Разрежение» и кран В5,

2.2.5.Записать по показаниям барометра атмосферное давление, а также плотности используемых жидкостей в журнал отчетов.

Режим вакуумметрического давления (опыт М2)

2.2.1.Записать в журнал отчетов показания Но пьезометра П1, соответствующие уровню свободной поверхности жидкости в баке при атмосферном давлении;

2.2.2.С помощью пылесоса установить в баке режим вакуумметрического давления. Для этого необходимо:

1. Закрыть кран В5, отсекая мановакуумметр П2 от бака (кран В3 при этом открыт);

2. Закрыть кран В1 «Нагнетание», открыть кран В2 «Разрежение»;

3. Включить тумблер «Сеть»;

4. Установить тумблер «Режимы» в положение «Разрежение»;

5. Нажать кнопку «Пуск» и установить по показаниям пьезометра П1 нужное давление;

NB! Необходимо следить, чтобы жидкость под действием вакуумметрического давления не опустилась до нижнего края пьезометра П1;

6. Отпустить кнопку «Пуск» и перерыть кран «Разрежение;

7. Далее повторить п.п. 2.2.3.,2.2.4,2.2.5.

Контрольные вопросы.

1. Как определяется гидростатическое давление в режиме нагнетания и в режиме разрежения? Напишите формулы.

2. Как устроен барометр-анероид и как по нему измерить атмосферное давление?

3. Укажите цену деления шкалы барометра в мм. рт. ст. и в гектопаскалях.

4. Что такое абсолютная и относительная ошибки измерения? Приведите примеры этих ошибок по измерению атмосферного давления?

5. Используя таблицу (см. Приложение 1) напишите формулу для определения относительной погрешности измерения давления с помощью батареи пьезометров.

6. Определите абсолютную ошибку измерения гидростатического давления с использованием батареи пьезометров.

7. Почему после каждого режима следует сбрасывать избыточное (мановакууметрическое) давление в баке?

Лабораторная работа № 3.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: