|
|
ОглавлениеЛекция 1. Предмет гидравлики, краткая история её развития Лекция 2. Физические свойства жидкостей Лекция 6. Гидравлические сопротивления Лекция 7. Истечение жидкости из отверстий, насадков и из-под затворов Лекция 8. Гидравлический расчет простых трубопроводов Методические указания к практическим занятиям. Введение Раздел 1. Физические свойства жидкости Раздел 2. Гидростатическое давление Раздел 3. Сила гидростатического давления на плоские стенки и цилиндрические поверхности Раздел 4. Относительный покой жидкости Раздел 5. Уравнение неразрывности. Уравнение Д. Бернулли Раздел 6. Режимы движения жидкости Раздел 7. Гидравлические сопротивления Раздел 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки Раздел 9. Основы теории подобия и моделирования 2. Гидростатическое давление жидкости 4. Поверхности равного давления и свободные поверхности 5. Уравнение бернулли для установившегося движения вязкой несжимаемой жидкости 7. Потери энергии при движении жидкости. 8. Расходомеры переменного перепада давления 9. Истечение жидкости через отверстия и насадки Лабораторный практикум на портативных установках «Капелька». Введение Лабораторная работа № 1. Изучение основных физических свойств жидкости Лабораторная работа № 2. Изучение приборов для измерения давления Лабораторная работа № 3. Режимы движения жидкости Методические указания по выполнению самостоятельной работы. 1. Общие методические указания 2. Объем дисциплины и виды учебной программы 3. Методические указания к решению заданий 4. Перечень вопросов для итогового контроля 5. Задание к самостоятельной работе Контрольно-измерительные материалы. Тесты Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуЛекция 3. ГИДРОСТАТИКА3.1. Силы, действующие в жидкостяхГидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы покоящейся жидкости, действующие при этом силы, плавание тела без их перемещения. Все частицы жидкости испытывают действие как вышележащих частиц, так и внешних сил, действующих по поверхности жидкости. Действие этих сил вызывает внутри жидкости напряжение, называемое гидростатическим давлением. Силы могут быть поверхностные и массовые. Поверхностными силами являются силы давления на свободной поверхности – атмосферное или отличное от него, внешнее давление (в случае если жидкость замкнута) или силы давления соседних частиц жидкости. Поверхностные силы распределены по поверхности и пропорциональны ее площади. Массовыми силами являются силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести и инерционные силы. Жидкость, помещенная в резервуар, оказывает давление как на его стенки, так и на дно, зависящее от плотности жидкости и места положения рассматриваемой точки. Так, вода и ртуть при одинаковых прочих условиях будут оказывать разное силовое воздействие на стенки сосуда, а частицы жидкости, находящиеся внизу, будут сжиматься сильнее, чем верхние. 3.2. Гидростатическое давление и его свойстваРассмотрим резервуар, представленный на рис. 3.1, а. На дно резервуара площадью abcd оказывает воздействие вес налитой жидкости, т.е. Р=gV, где – плотность жидкости; V – ее объем. Воздействие силы Р на площадь дна abcd представляет среднее гидростатическое давление p = P /abcd. Выделим на боковой поверхности небольшую площадку mnkz, силу давления на нее обозначим через р. Отношение p / будет также средним гидростатическим давлением в пределах выделенной площадки. Если теперь выделенную площадку уменьшать до нуля, то р будет также стремиться к нулю, а отношение р / в пределе будет представлять собой гидростатическое давление (обозначается буквой р) в точке: (3.1) В качестве единицы этой величины применяют Па. Под паскалем понимают давление, создаваемое силой в 1н, равномерно распределенной по нормали к поверхности площадью 1 м2. Итак, гидростатическое давление в точке является пределом отношения силы гидростатического давления, действующей на элементарную площадку к самой элементарной площадке, если последняя стремится к точке. Рассмотрим свойства гидростатического давления. На вертикальной левой стенке резервуара (рис. 3.1, а) выделим элементарную площадку . Предположим, что реакция стенки на жидкость будет приложена в точке А и направлена к ней под углом. Вектор R можно разложить на два направления – нормальное к стенке и касательное вдоль стенки: Rn и R. Сила Rn вызывает в жидкости сжатие, чему жидкость легко противостоит. Сила R должна была вызвать перемещение частиц жидкости вдоль стенки, но этого мы не наблюдаем (все рассматривается для случая покоя жидкости). Наше предположение о том, что вектор R направлен под углом – неверно. Рис. 3.1. Схема иллюстрирующая первое свойство гидростатического давления Из вышесказанного следует несколько свойств. Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости. Выделим из жидкости, заполняющей объем резервуара (рис. 3.1, а) – элементарный кубик со сторонами dх, dу, dz (рис. 3.1, б). Кубик находится в равновесии, та это значит, что уравновешены поверхностные и массовые силы по всем трем осям: (3.2) (3.3) (3.4) где dхdуdх – объем кубика. Сократив равенства, получим (3.5) Членом pgdz, бесконечно малым по сравнению с p'zr и p''z, можно принебречь, т.е. (3.6) Кубик не деформируется (не вытягивается вдоль одной из осей, жидкость находится в покое), поэтому давления по различным осям одинаковы, а именно: (3.7) Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях, гидростатическое давление в любой точке одинаково по всем направлениям. Рис. 3.2. Иллюстрация второго свойства гидростатического давления Третьим свойством гидростатического давления является зависимость его от координат пространства р=f(х, у, z). Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве. Выясним характер этой зависимости. Выделим из жидкости, заполняющей резервуар (рис. 3.2), параллелепипед с основанием и высотой h. Давление на свободной поверхности резервуара равно р0. Поскольку параллелепипед внутри жидкости находится в равновесии, то р'х = р"х, р'y = р"y. Сила, действующая с торца параллелепипеда p'z, уравновешивается силой давления р0 и силой веса жидкости в объеме параллелепипеда, т.е. (3.9) Разделив полученное равенство на , получим (3.10) где р – гидростатическое давление жидкости на глубине h. Это уравнение является основным уравнением гидростатики. Полученное уравнение означает: полное или абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости складывается из давления на ее свободной поверхности ро и давления рgh, созданного весом выше лежащего слоя жидкости (так называемого столба жидкости). Внимание! Авторские права на книгу "Гидравлика. Учебно-методический комплекс" (Зверева В.А., Земляная Н.В., Земляной В.В., Бочаров С.В., Якушкина О.И., Кучерова Л.В. и др.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
