Работа 1.1. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ В ОБОЛОЧКЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Методика отработки лабораторной работы с применением компьютерной версии лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов   сводится к следующему:

· В соответствии с выполняемой работой в разделах 1 или 2 настоящего руководства выбирается описание работы

· Выполняется изучение теоретических основ выбранной работы, ознакомление с описанием и принципом действия лабораторной установки или стенда, целью и порядком выполнения экспериментов, формой таблицы для записи и обработки получаемых данных, основными расчетными формулами и контрольными вопросами.

· Выполняется подготовка протокола выполняемой работы по следующей форме:

1. Номер и название лабораторной работы. Фамилия, И. О. и N^o группы исполнителя

2. Теоретическая часть.

3. Схема экспериментальной установки и ее состав.

4. Цель и порядок выполнения работы (заполняется после проведения экспериментов на установке или стенде).

5. Результаты измерений и вычислений. Форма таблицы принимается в соответствии с формой приведенной в руководстве по выполняемой работе.

6. Основные расчетные формулы. Приводятся формулы необходимые для расчета таблицы.

7. Вкладыш из миллиметровой бумаги для графического представления результатов работы.

8. Вывод по работе. Заполняется после полного завершения и обработки работы и представляет самостоятельную оценку и анализ проведенного исследования.

9. Письменные ответы на контрольные вопросы.

· Обратиться к программам “HYDLAB.EXE” или “HYMLAB.EXE” войти в главное меню и выбрать выполняемую лабораторную работу. При необходимости ознакомиться с информацией о программе. Войти в меню настройки лабораторной установки, ознакомиться при необходимости с информацией по лабораторному стенду и произвести выбор постоянных параметров лабораторной установки или марки испытуемых гидравлических машин.

· Включить режим выполнения лабораторной работы или испытания гидромашин, произвести измерения необходимых параметров и внести полученные данные в таблицу протокола. Повторить измерения в других режимах с цель получения достаточного количества данных для анализа изучаемого явления или построения характеристик гидравлических машин и гидроприводов.

Выйти из программы, обработать результаты измерений, построить необходимые графики и характеристики, сделать вывод по выполненной лабораторной работе и представить её к защите преподавателю.

Раздел I. ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

Работа 1.1. ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ

Вводная часть. Гидростатическим давлением  называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил,

,         (1.1)

где - элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н;

 - элементарная площадка действия, м².

Из формулы (1.1) видно, что гидростатическое давление  есть предел отношения элементарной гидростатической силы  к элементарной площади действия , когда последняя стремиться к нулю.

За единицу гидростатического давления принято равномерно распределённое давление, создаваемое силой в 1 Н, на площади в 1 м², т.е.  (один Паскаль).

Гидростатическое давление, отсчитываемое от нуля, называют абсолютным ( ), а отсчитываемое от атмосферного ( ) – избыточным ( ), следовательно

,                 (1.2)

Очевидно,

.                 (1.3)

В гидравлических расчётах величину нормального атмосферного давления считают равной =98100 Па.

Из формулы (1.3) видно, что в зависимости от соотношения между  и  избыточное давление  может быть и положительной, и отрицательной величиной. Положительное избыточное давление называют манометрическим, а отрицательное – вакуумметрическим. Приборы, применяемые для измерения +  и - , называют соответственно манометрами и вакуумметрами.

По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические.

Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.

Манометрическое давление, выраженное через показания манометра, равно:

,                (1.4)

где - объемный вес жидкости;

- пьезометрическая высота, т.е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.

Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Заметим, что пружинный манометр показывает давление в точки жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если высотное положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра не совпадает (рис 1.1), в показание манометра ( ) вводят поправку ( ).

Для случая, изображённого на рис.1.1,

,            (1.5)

где - превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, М.

Рис 1.1 Схема установки для экспериментального подтверждения

закона Паскаля.

В данной лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.

Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления  по глубине  (рис. 1.2) описывается основным уравнением гидростатики:

,                 (1.6)

где - гидростатическое давление в жидкости на глубине , Па;

- внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па;

- глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, М;

- весовое давление, т.е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба  жидкости, Па.

Из уравнения (1.6) видно, что при  и  давление  с изменением величины  изменяется по линейному закону (см. рис. 1.2). Вычислив по уравнению давление  в двух точках, заглублённых на разную величину , можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления (см. рис. 1.2).

Из уравнения (1.6) следует, что внешнее давление  в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма без изменения (см. рис. 1.2). Это следствие, вытекающее из уравнения (1.6), называют законом Паскаля. Справедливость этого закона предстоит проверить опытным путём в данной работе.  

Цель работы: 1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (А, В, С), заглублённых на различную величину под уровень жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести;

2. Подтвердить на основании опытных данных закон Паскаля;

3. Построить по данным опыта №2 в масштабе эпюру манометрического давления по глубине .

Рис 1.2 К закону Паскаля и его экспериментальному подтверждению

Описание установки. Установка (см. рис. 1.1) представляет собой толстостенный стальной цилиндр 1, частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой 5 со шкалой 4.

Для изменения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в т. А) и в точках В и С, заглублённых под уровень соответственно на  и , подключены пружинные манометры , , .

В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора (на рис. не показан) по трубопроводу 3 открытием вентиля 7. Для сброса избыточного гидростатического давления в цилиндре служит вентиль 6. В крышке цилиндра имеется предохранительный клапан 2, отрегулированный на давление 500 кПа.