Гидростатическое давление и его свойства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Тюменская государственная архитектурно-строительная академия

Кафедра «Водоснабжения и водоотведения»

Гидравлика

Краткие сведения, методика решения задач,

Задания для самостоятельной работы

Для студентов специальности 270113

«Промышленное и гражданское строительство»

Заочной ускоренной формы обучения

Тюмень – 2005

УДК 532.5. Гидравлика. Краткие сведения, методика решения задач, задания для самостоятельной работы для студентов специальности 270113 «Промышленное и гражданское строительство» заочной ускоренной формы обучения.- Тюмень, ТюмГАСА, 2005.-с. 27

Разработали:

А.А. Большаков, Т.В Большакова.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры водоснабжения и водоотведения

Протокол N ____ от __________ 2005

Рецензент д.т.н., проф. В.В. Миронов

Ротапринт ТюмГАСА. Подписано к печати _____________

Тираж 100 экз.

В курсе «Гидравлика» изучаются свойства жидкостей; законы, которым подчиняются жидкости в покое и при движении.

Жидкость – физическое тело, имеющее свойство текучести (принимает форму сосуда, в котором находится) и малой сжимаемости.

Гидростатика

Свойства жидкостей

Жидкости характеризуются такими свойствами как плотность, удельный вес, объемное сжатие, температурное расширение, вязкость и др.

Плотность ()– отношение массы тела к объему (массы единицы объема); единицы измерения – кг/м³, для воды плотность можно принять равной 1000 кг/м³.

Удельный вес ()– вес единицы объема (отношение веса тела к его объему), единицы измерения н/м³ (ньютон на кубический метр); 1кг =9,81н. Для воды =9810н/м³. Удельный вес связан с плотностью зависимостью

= , (1.1)

где g – ускорение свободного падения; g= 9,81 м/с².

Объемное сжатие. При приложении к жидкости внешнего давления жидкость будет уменьшаться в объеме, характеризуется это явление коэффициентом объемного сжатия

= , м²/кг (1.2)

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости . Для воды обычно принимают Е= 21 000 кг/см².

Температурное расширение. При нагревании (охлаждении) жидкости происходит изменение ее объема. Характеризуется температурное расширение коэффициентом температурного расширения

= (1.3)

Коэффициент температурного расширения для воды увеличивается с возрастанием давления; для большинства других жидкостей - уменьшается. При давлении р=1 ат и температуре воды от 4 до 10^оС коэффициент температурного расширения принимается 0.000014, а при том же давлении и температуре от +40 до +50 ^оС – 0.000422, при давлении р=100ат и температуре от 4 до 10 ^оС – 0.000043.

Изменением объема при изменении давления и температуры в условиях, при которых работают водопроводные трубы, можно пренебречь.

Сжимаемостью жидкостей нельзя пренебрегать при рассмотрении явления гидравлического удара. При расчете системы отопления пренебрежение температурным расширением может привести к аварии.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу (касательным напряжениям). Вязкость характеризуется коэффициентами вязкости: коэффициентом динамической вязкости и коэффициентом кинематической вязкости . Эти коэффициенты связаны между собой следующей зависимостью = . Коэффициент кинематической вязкости измеряется обычно в м²/с; для воды при температуре 10^оС =1,31 м²/с, при других значениях температуры коэффициент кинематической вязкости приводится в прил. 1.

Гидростатическое давление и его свойства

Сжимающее напряжение, возникающее внутри покоящейся жидкости, называется гидростатическим давлением. Определяется гидростатическое давление как отношение силы давления к площади:

, (1.4)

где Р – сила давления; S – площадь, к которой приложена сила давления.

Гидростатическое давление измеряется в Н/м² (Ньютонах на квадратный метр), 1Н/м²= 1 Па (Паскаль). В практике широко используется единица измерения гидростатического давления - техническая атмосфера (ат), 1 ат=1 кг/см² ≈ 10⁵ Па. Гидростатическое давление может измеряться высотой столба жидкости, 1 ат = 10 м вод.ст. (метр водного столба жидкости) или 735,6 мм ртутного столба).

Гидростатическое давление действует перпендикулярно к рассматриваемой поверхности и распространяется во всех направлениях одинаково.

Задача 1.1. Определить силу Р₂ для гидравлического пресса (рис. 1), если известны площади поршней S₁ и S₂ и сила Р₁, действующая на левый поршень. Р₁ = 10 кГ, S₁=2см ², S₂=100см².

Рис. 1.1. Схема гидравлического пресса

Решение. Гидростатическое давление под левым поршнем равно р₁= = 5кГ/см². Это давление передается во всех направлениях одинаково и поэтому под правым поршнем гидростатическое давление тоже будет равно 5 кГ/см². Так как р₂ =Р₂/S₂, то Р₂= р₂∙S₂ = 5∙100 = 500 (кГ).

В общем виде можно записать

(1.5)

Задача 1.2. Какую силу необходимо приложить к левому поршню, имеющем прямоугольную форму размером 1х2 см, если диаметр правого поршня d =12см, а сила Р₂=2Т.

Решение. Площадь левого поршня S₁ =1х2=2 (см²), площадь правого - S₂ =3,14х12²/4 = 113 (см²). Из выражения (1.5) Р₁ = S₁хР₂/S₂ = 2х2000/113 = 34,4 (кГ).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: