Давление в неподвижной жидкости.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ГИДРАВЛИКИ.

Гидравлика – наука о законах движения и равновесия жидкости.

Самое главное для гидравлики - чистота.

Жидкостью называется легкоподвижное тело, принимающее форму емкостей, в которых оно находится и характеризуется плотностью, сжимаемостью и вязкостью.

Плотность [ρ] – зависит от рода жидкости, температуры и давления, причем с увеличением температуры она уменьшается, а с повышением давления возрастает.

Сжимаемость – способность жидкости изменять свой объем при воздействии на нее сжимающих усилий. Жидкости и газы, в отличии от твёрдых тел, не обнаруживают сопротивления изменению их формы. Например, для изменения объёма жидкости или уменьшения объёма газа необходимо приложить внешние силы. Это свойство жидкости (газа) называется упругостью объёма. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объемного сжатия (β_р). В общесудовых системах для воды β_р = 5·10^-10 м²/Н; для масла и топлива β_р = 7,4·10^-10 м²/Н.

Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу (движению) частиц.

Вязкость бывает динамическая и кинематическая и определяется в единицах Вязкости Условной (ВУ м²/с), стоксах (1Ст=10^-4 м²/с) или сантистоксах (сСт). Вязкость зависит от рода жидкости, температуры и давления, причем с увеличением температуры она также как и плотность уменьшается, а с повышением давления возрастает.

Давление [P] – величина, измеряемая силой, действующей перпендикулярно к поверхности на единицу площади [кг/см²].

Если жидкость (газ) считать несжимаемым, то

P = ρgh ,

где ρ - плотность, кг/м³;

g = 9,8 - ускорение свободного падения; м/с²;

h - высота столба жидкости (газа).

Давление в неподвижной жидкости.

Определим давление жидкости внутри герметичной емкости, например в точке А (см. рис.), тогда: ,

где Р_А – абсолютное давление жидкости на уровне точки А, Па;

р_а – атмосферное давление, Па;

(на уровне моря при t=15ºC, р_а=101кПа=1,033кгс/см²=10,33м.вод.ст.=760 мм.рт.ст.)

γ – удельный вес жидкости, Н/м³.

γh_p – избыточное давление, Па; (манометрическое р_м = Р_А - р_а), может быть измерено манометром или с помощью стеклянной пьезометрической трубки.

Манометрическое давление иногда измеряют в единицах столба жидкости. Столб жидкости (газа), находясь в однородном поле тяготения, создает давление обусловленное весом этого столба.

Рис.1. Определение гидростатиче­ского давления

Высота столба жидкости над точкой А (h_p – пьезометрическая высота) в сообщенной с атмосферой пьезометрической трубке пропорциональна манометрическому давлению в точке А, тогда:

Если в жидкости давление меньше атмосферного, то его называют вакуумметрическим, или вакуумом.

Для измерения вакуумметрического давления к емкости подсоединен чашечный вакуумметр (см. рис.). Высота столба жидкости в трубке вакуумметра над уровнем в чашке пропорциональна вакуумметрическому давлению на свободной поверхности жидкости, или:

, где

р_о – давление на поверхности жидкости внутри емкости, Па.

Примечание: Внешнее давление на жидкость (газ) передается во все стороны равномерно. (Закон Паскаля).

Тело, погруженное в жидкость (газ), испытывает действие выталкивающей силы, равное весу вытесненной им жидкости (газа). (Закон Архимеда). Эту силу называют силой плавучести

,

где V - объем части тела, погруженного по ватерлинию, м³.

Поток жидкости.

Движение жидкости характеризуется линиями тока. Совокупность линий тока составляет поток.

Движение жидкости называют установившимся, если параметры потока в определенной точке не изменяются с течением времени.

Рис. 2. Схема установившегося пото­ка

Если параметры потока изменяются с течением времени, такое дви­жение жидкости называют неустановившимся.

Расходом жидкости называют ее количество (объемное, массовое), которое протекает через поперечное сечение потока в единицу време­ни.

В установившемся движении объемный расход жидкости, м³/ч, в любом сечении потока (рис.2) является величиной постоянной, т.е.

Q = F₁v₁ = F₂v₂ = ... = const,

где F - площадь поперечного сечения, м²;

v - средняя скорость течения жидкости в поперечном сечении, м/с.

Это выражение называется уравнением неразрывности или сплош­ности потока.

Из него следует: F₁/F₂ = v₂/v₁ т.е. отношение площадей попереч­ных сечений обратно пропорционально отношению средних скоростей течения в этих сечениях.