Хидростатично - хидравлична част (механика на флуидите), който изучава течност в покой. Тя изучава законите на баланса на течностите и разпределение на налягането в него. Ключови стойности, използвани в хидростатиката, - налягането и налягане р Н.
В проучването на хидравлични закони равновесие на движение и са широко използвани в различни физически характеристики на флуид (например, плътност, вискозитет, плътност, специфичен обем). Студентът трябва да е в състояние да определи основните физически характеристики на течността, да се запознаят с характеристиките на тези звена. Също така трябва да се разглеждат основни физически свойства на течност капчицата на: свиваемост, термично разширение, и др.
1. Физични свойства на течността
Следните физичните свойства на течността:
1) Плътност - обем маса течност за единица (кг / м 3):
където m - Тегло, кг;
Плътността на вода при + 4 ° С е равно на 1000 килограма / m 3. Лесно е да се отбележи, че плътността на водата зависи от температурата само леко. В повечето хидравлични изчисления свойства на свиваемост и термично разширение на флуидите се пренебрегват, например, вода се счита за константа и плътност от 1000 кг / м3.
2) Специфично тегло - база тегло течен обем (N / m 3):
където G - тегло (тежестта) Н;
Свързани специфично тегло и плътност чрез ускоряване на тежестта (G = 9,81 »10 m / и 2), както следва:
3) коефициентът на обемно szhatiyaw (Ра -1) - това е относителна промяна на обема на течността, когато налягането на устройството:
,
където DW - промяна обем W;
промяна плътност R Dr- съответстваща на промяната в стойността налягане Dp.
Реципрочната стойност на съотношението на обемната компресия, наречен модул на еластичност Ezh течности (Ра):
Модул на еластичност на течности зависи от налягането и температурата. Ако приемем, че увеличение от натиск Dp = р-p0. и промяната в обема на DW = W-W0. след това:
4) Коефициент на термично разширение т (0 ° С) -1 изразява относителна промяна в течност обем с промени в температурата от една степен:
,
където DW - W. промяна обем, съответстващ на промяната на температурата на стойност D Т.
Коефициентът на топлинно разширение на вода се увеличава с увеличаване на температурата и налягането; за повечето други течности капе БТ намалява с увеличаване на налягането. Ако приемем, че увеличаването на температурата Dt = тона - t0. и промяната в обема на DW = W - W0. след това:
5) Вискозитет - течност Правила за да покаже на вътрешното триене по време на движение, причинено от устойчивост на взаимното изместване на неговите частици. Вискозитетът на течността в покой не е показано. Количествено, вискозитетът може да се изрази като динамичен или кинематичен вискозитет, която лесно се превръща в една от друга.
Динамичен вискозитет m, Pa · S = N · S / M 2. Динамичен коефициент вискозитет μ не зависи от налягането и от естеството на движение, и се определя само от физичните свойства на течността и неговата температура.
На практика вискозитетът на флуида за характеризиране на динамичен вискозитет не се използва често, и коефициента на кинематичен вискозитет (m2 / сек). Коефициентът на кинематичен вискозитет е отношението на коефициента на динамичен вискозитет на течността за плътността:
Вискозитет, т 2 / сек.
Вискозитетът е показано, че движението на флуида се случва, когато вътрешния Т силата на триене между движещите се една спрямо другите слоеве на контактната зона се определя от закона S. Нютон:
,
където S - площ на съседни слоеве, м 2;
дю - преместване скорост слой «б» относително слой «а», м / сек;
ди - разстоянието, на което скоростта на слоевете променя от Du. m;
дю / dy- градиент скорост, изменението на скоростта по нормалата към подвижна посока (а-1).
Ако силата на триене дължи на зоната на Т единица на съседни слоеве, ние получаваме величината на напрежението на срязване, което може да се определи с формулата:
.
Fluid вискозитет се определя от Engler вискозиметър и се изразява в градуси Engler (Е 0). Степени Engler (Е 0) е съотношението на времето поток на изтичане на времето за тест флуид с дестилирана вода. За да отидете на вискозитета в Енглер градуса спрямо коефициента на кинематичен вискозитет # 61550; Ubbelohde формула се използва:
.
Вискозитетът се определя и от капилярен вискозиметър на Оствалд. Коефициентът на кинематичен вискозитет се определя по формулата:
където - константа на устройството;
Tzh - време течен поток с.
2. хидростатично налягане
Хидростатично налягане р - е скаларна величина, която характеризира състоянието стрес на течността. Налягането е равно модул нормално напрежение в точка: р = / S /.
Налягането в системата SI се измерва в паскали: Pa = N / т2.
Съобщение на измерените данни за налягането в различни системи за такива:
100 000 Pa = 0.1 МРа = 1 кгс / ст2 = 1 атм = 10 m на вода. Чл.
Две свойства на хидростатично налягане:
1. Налягането в течността в покой в контакт с твърдото тяло предизвиква напрежения, насочени перпендикулярно на интерфейса.
2. налягането във всяка точка флуид действа еднакво във всички посоки. Това свойство представлява скаларна налягане.
2.1 хидростатично парадокс
Общото налягане на хоризонталната дъното зависи от дълбочината на потапяне и стойностите h0 долната зона на последния и не зависи от формата на контейнера, а оттам и от теглото на напълнената течност в съдовете. Фиг. 1 показва множество съдове за лични форми плоско дъно площ на дълбочината на течност в тях часа, еднакви за всички съдове.
Фиг. 1. хидростатично парадокс
Различни форми на стените на съдовете и високо тегло на течността в тези съдове не оказват влияние върху стойността на общото налягане на тяхното дъно, еднакъв за всички кораби в съответствие с:
Това привидно противоречие е известен като хидростатично парадокс. Обяснява това явление се с това, че разликата между силата на натиск в хоризонталната дъното.
2.2 основния уравнението на хидростатично
основния хидростатичен уравнение посочва, че общото налягане в течна р е са изпълнени сумата от външно налягане на течност P0 и тегло по налягането на колоната течност. това е
където Н - височина на течната колона горе точка (дълбочина на потапяне), в която тя определя налягане (фигура 2).
От уравнението следва, че налягането в течните увеличава с дълбочина, и зависимостта е линейна.
Фиг. 2. Шофиране до главния хидростатично уравнението
Фиг. 3. налягане промяна: 1 - Open резервоар; 2 - пиезометър
В конкретния случай на открити водоеми, комуникация с атмосферата (фиг. 3), външното налягане на течността е атмосферно налягане ро = Patm = 101,325 UE1 др. Тогава основната хидростатично уравнението става:
Отворените контейнери - не е само цистерни, резервоари, комуникиращи с атмосферата, но и всички от канавка вода, езера, блата и т.н.
Излишният налягане (манометър) е разликата между общото и атмосферното налягане. От последното уравнение ние даваме за отворени резервоари положително налягане, равно на налягането на течността колоната:
Да разгледаме два съда I и II (Ric. 4), свързани един с друг. II съд, пълен с течност и има налягане на свободната повърхност при атмосферно PA. От съд I, постепенно се евакуира въздухът ще създаде вакуум с налягане по-малко от атмосферното RRAZR. След това течността от съда II ще започне да се увеличава (абсорбират) в тръбата.
Фиг. 4. Определяне на стойността на вакуум
Да предположим, че за някакво ниво Rrazr в тръбата нарасна до ВН на стойност. Разглеждане на баланса на течни частици в тръбата на нивото на една по -. Тъй като течни частици в тръбата на нивото на а - и са в равновесие, това означава, че налягането от съд I. равно Rrazr G + HV на. и съда под налягане sostorony II. равно на БКП, винаги са равни.
Разликата между атмосферното налягане PA и абсолютната Rrazr. когато той е по-малко от атмосферното, наречен вакуумно налягане или вакуум. В противен случай, вакуумът - е липсата на налягането до атмосферното налягане.
Вакуумът се измерва в същите единици като хидростатичното налягане. Вакуумът може да се измери и височината на течна колона. Вакуум случва в помпи и други хидравлични изделия и конструкции, например в сифони и други подобни
Теоретично, най-високата стойност на вакуум може да бъде 1 кгс / см 2 или 10.33 m вода. Чл. или 101,3 кН / m 2. На практика тази величина вакуум може да бъде постигнато, тъй като не може да се създаде абсолютен вакуум над течността защото горната част на колона неизбежно ще течност пара и течност освобождава от разтваря въздуха. Следователно, когато изпомпване на студена вода в размер на вакуумни помпи е практически не повече от 7 м вода. Чл. при изпомпване на вода и леки течности горещи - е значително по-малък.
4. Устройство за измерване на налягане
Налягането в измервателното устройство на течност:
Пиезометри и манометри измерени излишък (манометър) налягане, т.е. те са валидни само ако общото налягане в течността превишава стойност, равна на една атмосфера р = 1kgs / ст2 = 0,1MPa. Тези устройства показват съотношението на налягане над атмосферното. За измерване на общото налягане в относително налягане течност р необходимо да се добави pman атмосферно налягане Patm. заснети с барометър. На практика се счита за хидравлично налягане, за да бъде постоянна Patm = 101325 "100000Pa.
Пиезометър обикновено е вертикална стъклена тръба, долната част на който е свързан с точката в течността при разследване, когато необходимостта от измерване на налягане (например, точка А на фиг. 3) и горната му част е отворена към атмосферата. Височината на течната колона в пиезометър HP е индикация, че устройството и позволява относително налягане измерване (манометър) в точката, от отношението:
хидростатично налягане вакуум флуид
където кс - хидравлична глава (височина), т.
Тези пиезометри се използват предимно за лабораторни изследвания. горната им граница на измерване се ограничава до 5 м, но им предимство пред габарити се измерва директно чрез височина течна колонна пиезометричната налягане без междинни зъбни колела.
Както пиезометър може да се използва от всички яма, яма, добре вода или измерване на дълбочината на водата в открит резервоар, защото тя ни дава стойност к.с..
Manometrychasche често се използва механично, най-малко - за течности. Всички габарити не измерват общото налягане, както и превишението:
Предимствата на тях пред пиезометри са по-широки граници на измерване, но има недостатък: те изискват контрол на тяхното свидетелство. Манометри, произведени наскоро, са калибрирани в SI единици: МРа или кРа. Въпреки това, повече да продължат да прилагат старите габарити със скала в кгс / см 2, те са удобни с това, че този дял е равна на една атмосфера. Нула дисплей всякакъв размер съответства на общия стр налягане. равно на една атмосфера.
Вакуум габарит на външен вид прилича манометър, и го показва съотношението на налягането, което допълва общото налягане в течността до стойност от една атмосфера. Вакуумът в течността - не е празно, но състояние на флуид, когато общото налягане в долната атмосфера от размера на PB. която се измерва от габарита на вакуум. Вакуум PB налягане. показва инструменти, поради пълна и атмосферно както следва:
количество р във вакуума не може да бъде по-висока от 1 атмосфера, т.е. граничната стойност PB 100000Pa, тъй като общото налягане не може да бъде по-малка от абсолютната нула.
Дайте примери за показанията от инструмента:
- пиезометър показва к.с. = 160 см вода. Чл. SI единици съответства натиск pizb = 16000Pa и р = 100000+ 16000 = 116000 Ра;
- манометрични показания pman = 2,5kgs / cm 2 съответства на колона вода кс а = 25 m и общото налягане в SI р = 0,35MPa;
- PB габарит показва = 0,04MPa съответства на общо налягане Р = 100 60 000-40 000 = 000Pa, че е 60% от атмосферното налягане.
5. Диаграми течност под налягане
Диаграмата на налягането на течността - графично изображение течност разпределение на налягането върху твърдата повърхност в контакт с него. Примери диаграми за плоски и извити повърхности са показани на Фиг. 5 и 6. Стрелките в диаграмата показват посоката на действие на налягането (или по-скоро по посока на нормални натоварвания в резултат от действието на налягане поради второто налягане скаларна имот). Размерът на стрелката (ордината) е депозиран в количествено съотношение и показва стойността на налягането.
Фиг. 5. Диаграми налягане течност върху плоска повърхност
Фиг. 6. Схеми налягане течност върху извита повърхност
Диаграми течност натиск върху плоски повърхности служат като изходни данни за изчисления за устойчивостта и стабилността структури, взаимодействащи с течности: стените на плувни басейни, резервоари, резервоари, цистерни. Изчисленията се извършват по методите на резистентност на материали и структурни механика.
В повечето случаи, прекомерно налягане диаграми вместо насита и не отчитат атмосферното поради нейната относителна зрялост от двете страни на разделителна структура. При конструиране на такива схеми за плоски и извити повърхности (вж. Фиг. 5 и 6) с помощта на линейна зависимост на налягане от дълбочината pizb = GH + 1-ия разполагат хидростатично налягане.