Объясните физический смысл понятий: абсолютное гидростатическое давление в жидкости, весовое давление, манометрическое и вакуумметрическое давление, давление насыщенного пара.

Стр 1 из 11Следующая ⇒

Абсолютное гидростатическое давление в жидкости можно вычислить по формуле, которая называется основным уравнением гидростатики P=P₀ + ρ⋅g⋅h, где P_вес – весовое давление. Давление газа P₀ передается через жидкость на глубину h по закону Паскаля (Давление P₀, созданное на жидкость любым путем, передается во все точки объёма жидкости без изменения). Это уравнение связывает давления на двух горизонтальных плоскостях в жидкости.

Весовое давление - давление за счет веса жидкости (также называют давление столба жидкости). Оно выражается следующим уравнением: P_вес=ρ⋅g⋅h.

Избыточное давление (манометрическое) есть разность между полным и атмосферным давлением. Р_изб=Р_ман=Р–Р_атм=γh . Для измерения избыточного давления пользуются манометром.

Вакууметрическое давление – другой вид давления, показываемое прибором вакуумметром. Оно связано с полным следующим уравнением: Р_в=Р_атм–Р. Величина Р_в не может быть больше 1 атм, т.к. полное давление не может быть меньше абсолютного нуля.

Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава. Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры. При равенстве внешнего давления давлению насыщенного пара происходит кипение (жидкости). Разные вещества при данной температуре имеют разные давления насыщенного пара

Что представляет собой коэффициент температурного расширения?

Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. В соответствии с этим различают:

Коэффициент объёмного теплового расширения

, К ⁻¹ (°C⁻¹) — относительное изменение объёма тела при нагревании его на градусов при постоянном давлении, и, для твёрдых тел.

Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру ΔT: , — относительное изменение линейного размера тела при нагревании его на градусов при постоянном давлении.

В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений: α_x, α_y, α_z. Для изотропных тел и α_V = 3α_L;

Как связаны между собой динамический и кинематический коэффициенты вязкости жидкости?

Вязкость – это свойство жидкости проявлять внутреннее трение при её движении, обусловленное сопротивлением взаимному сдвигу её частиц. В покоящейся жидкости вязкость не проявляется. Количественно вязкость может быть выражена в виде динамической или кинематической вязкости, которые легко переводятся одна в другую.

Кинематическая вязкость

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной и эта величина получила название кинематической вязкости. Здесь — плотность жидкости; — динамическая вязкость.

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В систему СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1мм² 1c = 10^-6 м² c

Объясните физический смысл понятий: давление жидкости в точке поверхности твердого тела, сила давления жидкости, центр тяжести плоской фигуры, центр весового давления жидкости, сила внешнего давления на поверхность твердого тела, плотность жидкости, модуль объемной упругости.

Нормальная сжимающая сила, приходящаяся на единицу площади, называется гидромеханическим давлением, а в случае покоя жидкости – гидростатическим давлением, или просто давлением и обозначается буквой P и называется давлением в точке. В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда.

Точку приложения суммарной силы давления называют центром давления. Центр давления всегда расположен ниже центра тяжести фигуры на расстояние J/(lω), где J – момент инерции площади фигуры, l – координата центра тяжести, ω – угл.скорость. Это расстояние называется эксцентриситетом. Точку приложения суммарной силы давления называют центром давления. Плотность ρ – масса жидкости М в единице объема V. Для однородной жидкости ρ=M/V. Величина, обратная коэффициенту βp (сжимаемости - свойство капельной жидкости изменять свой объем под действием давления), представляет собой объемный модуль упругости жидкости K=1/ βp

Рабс= Рвн +Ризб где Рабс - абсолютное давление; Рвн и Ризб – соответственно внешнее и избыточное давления. Из уравнения следует, что при изменении внешнего давления величина Р в любой точке жидкости изменяется на такую же величину. Таким образом, внешнее давление передается без изменения во все точки внутри жидкости (закон Паскаля).

Гипотеза сплошности среды.

Рассматривать и математически описывать жидкость как совокупность огромного количества отдельных частиц, находящихся в постоянном непрогнозируемом движении, на современном уровне науки не представляется возможным. По этой причине жидкость рассматривается как некая сплошная деформируемая среда, имеющая возможность непрерывно заполнять пространство, в котором она заключена. Другими словами, под жидкостями понимают все тела, для которых характерно свойство текучести, основанное на явлении диффузии. Текучестью можно назвать способность тела как угодно сильно менять свой объём под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в гидравлике жидкость понимают как абстрактную среду – континуум, который является основой гипотезы сплошности. Континуум считается непрерывной средой без пустот и промежутков, свойства которой одинаковы во всех направлениях. Это означает, что все характеристики жидкости являются непрерывными функциями и все частные производные по всем переменным также непрерывны.

По-другому такие тела (среды) называют капельными жидкостями. Капельные жидкости - это такие, которые в малых количествах стремятся принять шарообразную форму, а в больших образуют свободную поверхность.

Сплошная среда представляет собой модель, которая успешно используется при исследовании закономерностей покоя и движения жидкости. Правомерность применения такой модели жидкости подтверждена всей практикой гидравлики.

Какие типы гидравлических сопротивлений вы знаете? По какой причине появляются сопротивления по длине потока? На что затрачивается энергия при прохождении жидкости через местные гидравлические сопротивления?

Потери напора по длине (линейные)

Местные потери напора

Потери напора по длине – это потери напора на трение на прямых участках трубопровода

Местные потери возникают в результате деформации потока и потерь энергии на вихреобразование в тех местах, где происходит изменение конфигурации канала. Наблюдаются в местах поворота, резкого расширения или сужения потока, различного вида запорных и регулирующих устройствах.

Что называется поверхностью равного давления, каковы ее форма и уравнение в покоящейся жидкости, в случае ускоренного движения сосуда по горизонтальной плоскости и при вращении сосуда вокруг вертикальной оси?

Поверхностью равного давления называют такую выделенную в жидкости поверхность, гидростатического давления во всех точках которой одной и тоже. Для такой поверхности, очевидно, dp=0.

Рассмотрим два примера такого относительного покоя. В первом примере определим поверхности уровня в жидкости, находящейся в цистерне, в то время как цистерна движется по горизонтальному пути с постоянным ускорением a (рис.2.6).

К каждой частице жидкости массы m должны быть в этом случае приложены ее вес G = mg и сила инерции P_u, равная по величине ma. Равнодействующая этих сил направлена к вертикали под углом α, тангенс которого равен

Так как свободная поверхность, как поверхность равного давления, должна быть нормальна к указанной равнодействующей, то она в данном случае представит собой уже не горизонтальную плоскость, а наклонную, составляющую угол α с горизонтом. Учитывая, что величина этого угла зависит только от ускорений, приходим к выводу, что положение свободной поверхности не будет зависеть от рода находящейся в цистерне жидкости. Любая другая поверхность уровня в жидкости также будет плоскостью, наклоненной к горизонту под углом α. Если бы движение цистерны было не равноускоренным, а равнозамедленным, направление ускорения изменилось бы на обратное, и наклон свободной поверхности обратился бы в другую сторону (см. рис.2.6, пунктир).

В качестве второго примера рассмотрим часто встречающийся в практике случай относительного покоя жидкости во вращающихся сосудах (например, в сепараторах и центрифугах, применяемых для разделения жидкостей). В этом случае (рис.2.7) на любую частицу жидкости при ее относительном равновесии действуют массовые силы: сила тяжести G = mg и центробежная сила P_u = mω²r, где r - расстояние частицы от оси вращения, а ω - угловая скорость вращения сосуда.

Методика применения уравнения Бернулли для решения практических задач. Принцип выбора сечений и плоскости сравнения. Что означает каждое слагаемое в уравнении Бернулли? В каких случаях можно пренебрегать скоростью движения жидкости в сечениях потока?

Уравнение Бернулли широко применяют во многих гидравлических расчетах и для объяснения многих гидравлических явлений. В частности, оно может быть использовано для измерения давления и скорости движущейся жидкости. Для измерения давления используют пьезометр, а для измерения скорости совместно с пьезометром использует Трубку Пито.

z- геометрический напор

P/ρg- пьезометрический напор отвечающий гидродинамическому давлению

V² /2g - скоростной напор отвечающий скорости

h _1-2 –сумма потерь напора

Для реальной жидкости:

и - поправочные коэффициенты (коэффициент Кориолиса); - потери напора на участке 1-2.

Если сечение трубы не изменяется, то тогда скорость const. Потому что

V=4Q/πd², d=const

Потери напора (давления) делят на два вида:

потери напора по длине потока – hl ;

местные потери – hм, которые возникают при изменении конфигурации потока, деформации эпюры распределения скоростей, завихрениях, что приводит к дополнительному расходу энергии. Например, краны, повороты, диафрагмы, клапаны и т.д. Суммарные потери будут

Сопротивления по длине потока появляются из-за трения, шероховатости, вязкости.

Местные потери напора h_м возникают в местах резкой деформации потока: на поворотах труб, в местных сужениях или расширениях, тройниках, крестовинах, в кранах, вентилях, задвижках.

Основное понятие кавитации.

К а в и т а ц и я – это явление, когда пузырьки пара или паровоздушные пузырьки, появившиеся при давлении в движущейся жидкости, меньшем давления насыщенных паров, попадая в область повышенного давления, смыкаются (паровые пузырьки конденсируются, а газовые сжимаются). Разрушение пузырьков сопровождается шумом, вибрацией и местными

гидравлическими ударами, приводящими к постепенному эрозийному разрушению твердых стенок. Возникновение кавитации значительно усиливается при наличии в жидкости пузырьков воздуха, а также растворенных газов. Кавитационные явления наиболее часто возникают в рабочих полостях насосов, гидродвигателей, в клапанах и в щелях распределительной аппаратуры. Одной из мер борьбы с кавитацией является повышение давления в зонах возможного разрыва жидкости.

Внезапное расширение: