Elvont fogalom, és hidrosztatikus lényege
Hidrosztatikus - egy hidraulikus szakasz (folyadék mechanika), aki tanulmányok folyadék nyugalomban. Tanulmányozza jogszabályok folyadék-egyensúly és forgalmazása nyomás benne. Key használt értékeket hidrosztatikai, - a nyomás és a p H.
Abban a vizsgálatban, hidraulikus egyensúlyi törvények a mozgás, és széles körben használják a különböző fizikai jellemzői a folyadék (például, sűrűség, viszkozitás, fajsúly, fajlagos térfogat). A hallgató képes meghatározni az alapvető fizikai jellemzői a folyadék jellemzőinek ismerete ezen egységek. Úgy is meg kellene vizsgálni az alapvető fizikai tulajdonságait, a folyadék cseppek: összenyomhatóság, hőtágulás, és mások.
1. Fizikai tulajdonságai a folyadék
Az alábbiak a fizikai tulajdonságai a folyadék:
1) Sűrűség - folyékony egységnyi térfogatú tömeg (kg / m 3):
ahol m - Tömeg, kg;
A víz sűrűsége át + 4 ° C-on egyenlő 1000kg / m 3. Könnyen megjegyezni, hogy a víz sűrűsége függ a hőmérséklettől csak kismértékben. A legtöbb hidraulikus számítások tulajdonságait összenyomhatóság és a hőtágulás a folyadékok elhanyagoljuk, például a víz tekinthető állandó és sűrűsége 1000 kg / m 3.
2) Fajsúly - folyadéktérfogatban alaptömeg (N / m 3):
ahol G - súly (gravitációs) H;
Kapcsolódó fajsúly és sűrűsége révén a nehézségi gyorsulás (g = 9,81 »10 m / s 2) a következők szerint:
3) A relatív térfogati szhatiyaw (Pa -1) - ez a relatív változás folyadék térfogata, amikor a nyomás a készülék:
,
ahol DW - változás W térfogatú;
R Dr- sűrűség változást megfelelő nyomás változása érték Dp.
A reciprok Sűrítési arány, az úgynevezett rugalmassági modulus EZH folyadékok (Pa):
Rugalmassági modulusa folyadékok függ a nyomás és a hőmérséklet. Ha feltételezzük, hogy egy növekménye nyomás Dp = p-p0. és a változás a térfogatban DW = W-W0. akkor:
4) hőtágulási együtthatója t (0 C) -1 kifejezi a relatív változás a fluidum térfogat a hőmérséklet változására egy fokkal:
,
ahol DW - W. térfogatváltozást megfelelő hőmérséklet-változás a D értékét t.
A hőtágulási együtthatója a víz növekszik a hőmérséklet emelkedésével és a nyomás; a legtöbb más folyadék kerüljön bt csökken a nyomás növelésével. Ha feltételezzük, hogy a hőmérséklet emelkedése Dt = T - T0. és a változás a térfogatban DW = W - W0. akkor:
5) Viszkozitás - egy fluid tulajdonság, hogy bemutassák a belső súrlódás a mozgása során okozta ellenállás kölcsönös eltolódását a részecskék. A folyadék viszkozitását nyugalmi nem látható. Mennyiségileg, a viszkozitás lehet kifejezni, mint a dinamikus vagy kinematikus viszkozitást, amely könnyen átalakítható egymásba.
Dinamikus viszkozitás m, Pa · s = N · s / m 2. Dinamikus viszkozitási együtthatót μ nem függ a nyomás és a természet a mozgást, és határozza meg csak a fizikai tulajdonságait, a folyadék és annak hőmérsékletét.
A gyakorlatban a folyadék viszkozitása jellemzésére a dinamikus viszkozitás nem használják gyakran, és az együttható a kinematikus viszkozitás (m2 / s). A együtthatója kinematikus viszkozitás aránya a dinamikus viszkozitási együtthatót a folyadék a sűrűség:
Viszkozitás, m 2 / s.
A viszkozitást mutatja, hogy a mozgás a folyadék akkor jelentkezik, amikor a belső súrlódási erő közötti T mozgó egymáshoz képest a többi réteg az érintkezési terület által meghatározott S. Newton:
,
ahol S - területe összefüggő rétegek, m 2;
du - elmozdulás sebességének réteget «b» viszonylag réteg «A», m / s;
dy - a távolság, amelynél a sebesség a rétegek változott du. m;
du / dinamizmusával sebességgradiens, a forgási sebesség változásának mentén a szokásos a mozgási irány (s-1).
Ha a súrlódási erő tulajdonítható, hogy a T egységnyi területen egybefüggő réteg, megkapjuk a nagysága a nyírófeszültség, amely lehet alábbi képlet határozza meg:
.
Folyadék viszkozitása határozza meg Engler viszkoziméterrel és fokban kifejezett Engler (E 0). Fok Engler (E 0) az aránya az áramlási időt, hogy a lejártakor a vizsgálati folyadékot alkalommal desztillált vízzel. Hogy megy a viszkozitás Engler az együttható kinematikai viszkozitás # 61550; Ubbelohde képletet használjuk:
.
A viszkozitást is meghatározzuk kapilláris viszkoziméterrel Ostwald. A koefficiens kinematikus viszkozitást az alábbi képlet szerint:
ahol egy - állandó az eszköz;
Tzh - folyadék áramlási időt.
2. A hidrosztatikus nyomás
Hidrosztatikus nyomás p - egy skalár mennyiség, amely jellemzi az a stressz állapotban a folyadék. Nyomás egyenlő modulo normális feszültség pontjában: p = / s /.
A nyomás a SI rendszerben mérjük pascalban: Pa = N / m 2.
Kommunikációs nyomás mérés különböző rendszerek, mint:
100 000 Pa = 0,1 MPa = 1 kgf / cm2 = 1 atm = 10 m vizet. Art.
Két tulajdonságai hidrosztatikai nyomás:
1. A nyomás a folyadék nyugalmi érintkezik a szilárd test okoz feszültségeket merőlegesen a felület.
2. A nyomás bármely ponton a folyadék jár minden irányban egyformán. Ez a tulajdonság képvisel skalár nyomást.
2.1 Hidrosztatikus paradoxon
A teljes nyomás a vízszintes alsó függ a merülési mélysége és az értékeket H0 alsó területen az utóbbi, és nem függ a tartály alakja, és ezáltal a súlya a kitöltött folyadék a palackban. Ábra. Az 1. ábrán egy több hajók személyes formák egy lapos alsó részén a mélység folyékony bennük H, ugyanaz minden hajó.
Ábra. 1. A hidrosztatikus paradoxon
Különböző formái érfalak és a nagy súlya a folyadék e hajók nincsenek hatással az értéke a teljes nyomást a alján, az egyenlő az összes hajó összhangban:
Ez a látszólagos ellentmondás ismert, mint a hidrosztatikai paradoxon. Magyarázza ezt a jelenséget az a tény, hogy a különbség a nyomóerő vízszintes alján.
2.2 A alapegyenletének hidrosztatikus
Az alapvető hidrosztatikus egyenlet kimondja, hogy a teljes nyomás a folyadékban p összege a külső nyomást a folyadék p0 és súlya teljesülnek mentén folyadékoszlop nyomását. tehát
ahol h - magassága a folyadékoszlop pont felett (a merülési mélység), amelyben meghatározható nyomást (2. ábra).
A következő egyenletből következik, hogy a nyomás a folyadék növekszik a mélységgel, és a függőség lineáris.
Ábra. 2. Vezetés a fő hidrosztatikus egyenlet
Ábra. 3. A nyomás változás: 1 - Nyitott tartályt; 2 - piezométer
Abban a különleges esetben a nyitott víztározók, kommunikál a légkörbe (3.), A külső nyomást a folyadék atmoszférikus nyomáson po = patm = 101,325 UE1 al. Ezután az alapvető hidrosztatikus egyenlet:
Nyitott tartályok - nem csak tankok, tartályok, kommunikál a hangulat, hanem minden az árok víz, tavak, tavak, stb
A felesleges nyomás (túlnyomás) közötti különbség a teljes és a légköri nyomás. Az utolsó egyenletet adunk nyitott tartályok pozitív nyomás megegyezik a nyomás a folyékony oszlop:
Tekintsük két hajó I és II (RIC. 4), egymással összekötött. II tartály folyadékkal töltött, és van egy nyomást a szabad felület atmoszférikus PA. A hajó I, fokozatosan kiszívják a levegőt hoz létre nyomású vákuumban kevesebb, mint a légköri RRAZR. Ezután a folyadékot az edényből II elkezd emelkedni (abszorbeált) a csőben.
Ábra. 4. meghatározása a vákuum értéke
Tegyük fel, hogy valamilyen szinten Rrazr a csőben emelkedett az értéke hV. Tekintsük az egyensúlyt a folyékony részecskék a cső szinten egy - egy. Mivel a folyékony részecskék a cső szinten egy - és egyensúlyi állapotban vannak, ez azt jelenti, hogy a nyomás a tartály I. egyenlő Rrazr g + hV. és a nyomástartó edény sostorony II. egyenlő PA, mindig egyenlő.
A különbség a légköri nyomás PA és az abszolút Rrazr. ha ez kevesebb, mint a légköri, úgynevezett vákuum, vagy vákuum. Ellenkező esetben, a vákuum - a hiánya nyomás a légköri nyomásra.
A vákuumot a méréseket azonos egységek, mint a hidrosztatikus nyomás. A vákuumot lehet mérni, és a folyadékoszlop magassága. Vákuum előfordul szivattyúk és más hidraulikus eszközök és struktúrák, például szifonok és hasonlók
Elméletileg, a legmagasabb érték a vákuum lehet 1 kgf / cm 2 vagy 10,33 m víz. Art. vagy 101,3 kN / m 2. Ez gyakorlatilag nagyságrendű vákuumot nem lehet elérni, mivel az abszolút vákuum a folyadék feletti nem lehet létrehozni, mert headspace elkerülhetetlenül folyadék gőze és a folyadék felszabadul a oldott levegőt. Ezért, amikor szivattyúzás hideg víz a vákuum nagyságát szivattyúk gyakorlatilag nem több, mint 7 m vízzel. Art. szivattyúzásakor forró víz és a fény folyadékok - lényegesen kisebb.
4. Készülék Nyomás mérési
A nyomás a folyadékban mérőkészülék:
Piezométerek és nyomásérzékelők mérik feleslegben (gauge) nyomáson, azaz csak akkor érvényesek, ha a teljes nyomás a folyadékban meghaladja az értéke egyenlő egy atmoszféra p = 1kgs / cm 2 = 0,1MPa. Ezek az eszközök arányát mutatják a nyomás meghaladja a légköri. Mérésére a teljes nyomás a folyékony p túlnyomásnak kell hozzáadni pman légköri nyomáson patm. lövés egy barométer. A gyakorlatban, a hidraulikus nyomás állandónak tekinthető patm = 101325 „100000Pa.
Piezométer tipikusan egy függőleges üvegcső, az alsó része, amely kommunikál a ponton a folyadékban vizsgálat alatt, ahol a mérni kell nyomás (például, pont ábrán. 3) és a felső része nyitott az atmoszféra. A magasság a folyadékoszlop a piezométer HP azt jelzi, hogy az eszköz, és lehetővé teszi a mérési szelvény (gauge) nyomást azon a ponton, a kapcsolatban:
hidrosztatikus nyomás vákuumot folyadék
ahol a HP - hidraulikus fejet (magasság), m.
Ezek piezométerek használják elsősorban laboratóriumi kutatás. A felső határ a mérési korlátozódik akár 5 m, de előnye a mérők mérik közvetlenül piezometrikus nyomású folyadék oszlop magassága nélkül közbenső fogaskerekek.
Amint piezométer lehet használni minden gödör, árok, valamint a víz vagy bármely mérés vízmélység nyitott tartályban, mert ez ad nekünk érték hp.
Manometrychasche gyakran mechanikus, legalábbis - a folyadékot. Minden mérők nem méri a teljes nyomás, és a felesleges:
Az előnyök őket előtte piezométerek szélesebb határok mérési, de van egy hátránya: szükségük az irányítást a vallomását. Manométerek, előállított közelmúltban, vannak kalibrálva SI-egységek: MPa vagy kPa. Ugyanakkor több továbbra is alkalmazni a régi mérőeszközök, amelynek mértéke a kp / cm 2, ők kényelmes, hogy ez az egység egyenlő egy hangulatot. Nulla kijelző minden szelvény megegyezik a teljes p nyomás. egyenlő egy atmoszféra.
Vákuummérő megjelenésében hasonlít egy nyomásmérőt, és ez azt mutatja aránya a nyomás, amely kiegészíti a teljes nyomás a folyadék egy értékű légkörben. A vákuum a folyadékot - ez nem egy érvénytelen, de olyan állapotban folyadék, amikor a teljes nyomás az alsó légkörben az összeg PB. amelyek mérik a vákuumnyomás. Vákuum nyomás PB. jelezve eszközöket, mivel a teljes és a légköri az alábbiak szerint:
A mennyiség p a vákuumot nem lehet nagyobb, mint 1 atm, azaz a határérték PB 100000Pa, mivel a teljes nyomás nem lehet kevesebb, mint az abszolút nulla.
Adjon példákat értékeket a műszer:
- piezométer mutató LE = 160cm víz. Art. SI egységeket megfelel nyomás pizb = 16000Pa és p = 100000+ 16000 = 116000 Pa;
- nyomásmérési értékek pman = 2,5kgs / cm 2 megfelel egy vízoszlop LE = 25 m, és a teljes nyomás SI p = 0,35MPa;
- nyomtávú mutató PB = 0,04MPa megfelel a teljes nyomás p = 100 60 000-40 000 = 000Pa, hogy 60% -a atmoszférikus nyomáson.
5. diagramok folyadék nyomása
A diagram a fluid nyomás - egy grafikus fluid nyomás eloszlását képre, a szilárd felületen érintkezik vele. Példák diagramok sík és ívelt felületeket ábrán látható. Az 5. és 6. A nyilak a diagramban azt jelzik a hatásiránya a nyomás (vagy inkább, az irányt a normál feszültséget eredő hatására nyomás, mert a 2. nyomás skaláris tulajdonság). A méret a nyíl (ordináta) rakódik mennyiségi kulcs és megmutatja a nyomás értékét.
Ábra. 5. diagramok folyadék nyomás a sík felületre
Ábra. 6. diagramok folyadék nyomás egy görbe felületre
Diagramok folyadék nyomás a sík felületek szolgálnak kezdeti adatok számára a számítások szilárdsági és stabilitási szerkezetek kölcsönhatásban folyadékok: a falak úszómedencék, tartályok, víztározók, ciszternák. Végzett számítások módszerekkel a rezisztencia az anyagok és a szerkezeti mechanika.
A legtöbb esetben, túlzott nyomás építeni diagramok helyett a teljes, és nem veszik figyelembe a légköri miatt relatív lejárat mindkét oldalán a partíció szerkezete. Az építési ilyen ábrák a sík és ívelt felülethez (lásd. Ábra. Az 5. és 6.) lineáris függését nyomást a mélység pizb = GH + 1 th jellemző hidrosztatikus nyomás.