Измерение гидростатического давления

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ГИДРОГАЗОДИНАМИКЕ

(Учебно-методическое пособие)

Для студентов индустриально-педагогического факультета,

направления: 280700 техносферная безопасность

Курск 2015

Печатается по решению

редакционно-издательского

совета университета

Тиняков О.А. Лабораторный практикум по гидрогазодинамике Учебно-методическое пособие. – Курск: Изд-во Курск.гос.ун-та, 2015.– 62с.

Учебное пособие предназначено для студентов дневного и заочного отделений индустриально-педагогического факультета, направления: 280700 техносферная безопасность (профессионально-образовательные профили подготовки: защита в чрезвычайных ситуациях, безопасность жизнедеятельности в техносфере, пожарная безопасность) и содержит описания лабораторных установок и методические указания по выполнению лабораторных работ, обработке экспериментальных данных и оформлению отчетов.

Дисциплина «Гидрогазодинамика» включена в федеральный компонент профессионального цикла базовых (общепрофессиональных) дисциплин основной образовательной программы.

Учебное пособие составлено на основе рабочей программы дисциплины, Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 280700 Техносфернная безопасность, утвержденным приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 14 декабря 2009 г. № 723.

Рецензенты:

В.Н. Вервейко, зав. кафедрой физики и нанотехнологий КГУ, кандидат физико-математических наук;

Ю.Ф. Мелихов, зав. кафедрой общетехнических дисциплин КГУ, кандидат физико-математических наук

© Тиняков О.А., 2015

© Курский государственный университет, 2015

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

В условиях техногенного развития общества целью изучения учебной дисциплины является развитие личности обучающегося посредством формирования системы общекультурных и профессиональных компетенций студентов в области гидрогазодинамики, необходимых для успешной подготовки бакалавра к следующим видам профессиональной деятельности:

учебно-профессиональной;

научно-исследовательской;

образовательно-проектировочной.

Дисциплина «Гидрогазодинамика» включает в себя два основных раздела: «Общие законы и уравнения статики и динамики жидкостей и газов» и «Двухфазные потоки жидкостей и газов».

Кроме теоретических знаний выпускник индустриально-педагогического факультета должен обладать практическими умениями т.е.

уметь:

– использовать законы и методы гидрогазодинамики при решении профессиональных задач;

– выбирать модель реального потока жидкости и газа;

– составлять и решать соответствующие выбранной модели уравнения движения, принимать нестандартные решения и разрешать проблемные ситуации;

– пользоваться приборами для измерения основных характеристик течения;

– решать отдельные гидравлические задачи применительно к различным элементам энергоустановок;

владеть (быть в состоянии продемонстрировать):

– навыками выполнения гидравлических расчетов с применением справочной литературы;

– методами расчетов течений жидкостей и газов в элементах гидравлических и пневматических систем и агрегатов;

– навыками использования методов моделирования реальных процессов в натурных объектах;

– навыками экспериментальных исследований характеристик течений;

– навыками систематизации информации по теме исследований, анализа экспериментальных данных.

Перечисленные навыки приобретаются в процессе выполнения лабораторных работ.

Студенты приступают к выполнению лабораторных работ после изучения соответствующего раздела теоретического курса и выполняют их бригадами. Каждый член бригады обязан заблаговременно подготовиться к предстоящей работе: заготовить таблицу измерений, начертить схему установки, выписать расчётные формулы. Студенты самостоятельно, но под контролем преподавателя выполняют измерения на лабораторной установке. На следующем занятии студенты должны представить отчёт о выполненной работе. При составлении отчёта в заголовке указывается номер работы, её полное наименование и задание.

При выполнении лабораторных работ следует соблюдать правила техники безопасности, осторожность при работе с вращающимися агрегатами. Каждый студент обязан немедленно сообщить преподавателю о замеченных неисправностях в работе оборудования и нарушении правил техники безопасности.

Перед началом выполнения лабораторных работ преподавателем проводится инструктаж по технике безопасности, который фиксируется в специальном журнале, где каждый студент расписывается в получении инструктажа.

Лабораторная работа №1.

Измерение гидростатического давления

Задание: ознакомиться и изучить методы измерения гидростатического давления с помощью пьезометров; проверить основные положения закона гидростатического давления.

Общие сведения

Если гидростатическое давление отсчитывается от абсолютного нуля, то его называют абсолютным Р_абс, а если от атмосферного давления Р_а то его называют избыточным Р_изб или манометрическим, так как манометры показывают именно это давление.

Следовательно:

Р_абс = Р_а + Р_изб.. (1.1)

Если абсолютное давление меньше атмосферного, то недостающее до атмосферного давление называют вакуумметрическим (Р _вак)

Р_вак = Р_а – Р_абс (1.2)

или

Р_абс = Р_а – Р_вак (1.3)

то есть вакуум является отрицательным избыточным давлением.

Когда давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному, то избыточное давление в любой точке рассматриваемой жидкости равно весовому давлению столба жидкости над этой точкой:

P_изб = ρgh = gh; (1.4)

P_абс =Pa + gh, (1.5)

где – плотность жидкости, h – глубина погружения рассматриваемой точки, g – объёмный вес жидкости.

Единицей измерения давления в системе СИ служит Паскаль (Па) 1Па=1Н/м².

В технике используются также техническая атмосфера (ат):

1 ат = 1 кгс/см² = 1·10⁴кгс/м² = 9,8∙10⁴Па,

1 Па=1,02 ·10^-5 кгс/см², 1 бар =1·10⁵ Па.

Тогда 1 мм вод. ст. = 9,8 Па = 1·10^-4 ат или 1 ат = 10 м. вод. ст.

Лабораторная установка

В корпусе установки находятся два резервуара (рис.1.1) основной и нижний. Основной резервуар расположен в верхней части корпуса и представляет собой замкнутый объем, частично заполненный водой. Давление измеряется в его воздушной области и может быть больше и меньше атмосферного. Воздушная область основного резервуара с помощью крана 10 может соединяться с атмосферной.

В нижней полости корпуса размещен другой резервуар, в воздушной области которого постоянно поддерживается атмосферное давление.

Оба резервуара имеют краны для подключения пьезометров и слива воды. Визуальный объем уровней воды в обоих резервуарах обеспечивается через смотровые стекла. Избыточное давление в воздушной полости основного резервуара создается руч­ным насосом 14 (грушей), а для создания разрежения использу­ется водоструйный насос 11.

Измерение гидростатического давления осуществляется пье­зометрами. Пьезометры 1 и 2 предназначены для измерения из­быточного давления, либо вакуума в воздушной области основ­ного резервуара. В первом пьезометре рабочей жидкостью явля­ется вода, во втором спирт. Пьезометр 3 предназначен для изме­рения абсолютного гидростатического давления в нижней точке основного резервуара, а пьезометр 4 для измерения вакуума в воздушной области основного резервуара.

Порядок проведения опытов

При проведении опытов необходимо определить избыточное вакуумметрическое давление в замкнутой воздушной области основного резервуара, а также абсолютное гидростатическое давление в нижней точке основного резервуара.

Перед измерением избыточного давления необходимо от­рыть краны 6 и 9. Остальные краны установки должны быть зарыты. С помощью насоса (груши) 14 создать избыточное давление в воздушной области основного резервуара, после чего кран закрыть. Когда горизонты жидкости в пьезометрах установятся, производят измерения по шкалам пьезометров 1 и 2 соответствующие горизонтам воды и спирта в левом и правом коленах пьезометров. Затем изменяют давление в воздушной области основного резервуара и снова снимают отсчеты по шкалам пьезометров. Указанные измерения произвести три раза. Результаты измерений занести в табл. 1.1. Одновременно фиксируются показания пьезометра 3 и также заносятся в таблицу.

Для создания вакуума в воздушной области основного резервуара сначала соединяют ее с атмосферой открыв кран 10.

После того как давление станет равно атмосферному берут отсчет по обратному пьезометру 4 при атмосферном давлении.

Затем кран 10 закрывают, кран 5 отрывают и поворотом рукоятки крана 12 запускают водоструйный насос 11. После того, как разрежение в воздушной зоне основного резервуара установится водоструйный насос выключают и производят отсчеты по шкалам пьезометров 1,2 и обратного пьезометра 4.

Указанные измерения вакуума выполнить три раза и занести в соответствующие графы табл. 1.1.

Обработка опытных данных

Избыточное давление в воздушной области основного резервуара вычисляют по формулам:

для воды – Р_(в) = γ_в × h_в,

для спирта – Р_(с) = γ_с×h_с

где h _в – разность горизонтов воды по шкале в левом и правом коленах пьезометра 1(м);

h _c – тоже для горизонтов спирта в пьезометре 2;

γ_(в) – объемный вес воды, равный 9810 н/м³;

γ _с – объемный вес спирта 7740 н/м³.

Вакуумметрическое давление в замкнутой воздушной области определяют также по шкалам пьезометров 1 и 2. Затем эту разность h_вак(в) и h_вак(c) умножают на соответствующий объемный вес и получают величину вакуума.

Определяя вакуум с помощью обратного пьезометра 4 находят разность отчетов по шкале пьезометра соответствующих го­ризонтам воды в данном пьезометре при пониженном атмосфер­ном давлении. Эта разность h_вак(4) умноженная на объемный вес будет величиной измеренного вакуума.

Сравнивая величины вакуума измеренного пьезометрами 1 и 4 вычисляют по формуле (1.5) абсолютное гидростатическое давление в нижней точке основного резервуара P_абс(1) . При этом, в случае Р_абс(2) > Р_а абсолютное давление вычисляют по формуле(1)

Если, Р_абс(2) < Р_а, то абсолютное давление вычисляют по формуле (3).

Результаты вычислений заносятся в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Контрольные вопросы

1. Дать определение абсолютного, избыточного, вакуумметрического давления.

2. Перечислить основные единицы измерения давления.

3. Как определить абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости?

4.Произвести пересчет различных единиц измерения давления.

5. Сформулировать и пояснить свойства гидростатического давления.

Лабораторная работа №2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: