Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости icon

Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости



НазваниеГидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости
страница1/5
Дата конвертации26.01.2013
Размер0.61 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4   5

СОДЕРЖАНИЕ


Введение ............................................................................................................ 5

Что такое механика жидкости и газа ........................................................ 5

Как пользоваться конспектами лекций .................................................... 5

Гидравлика (Механика жидкости) ..................................................................... 6

Физические свойства жидкости ................................................................. 6

Плотность ................................................................................................. 6

Удельный вес ........................................................................................... 6

Вязкость ................................................................................................... 6

Гидростатика ................................................................................................ 7

Гидростатическое давление ..................................................................... 7

Основное уравнение гидростатики ........................................................... 7

Приборы для измерения давления .......................................................... 8

Эпюры давления жидкости ..................................................................... 10

Законы Архимеда и Паскаля ................................................................... 11

Гидростатический напор ......................................................................... 11

Гидродинамика ........................................................................................... 12

Словарь гидравлических терминов ........................................................ 12

Уравнение неразрывности потока .......................................................... 14

Гидродинамический напор ...................................................................... 15

Уравнение Бернулли для жидкости ........................................................ 16

Разность напоров и потери напора ..................................................... 17

Напорная и пьезометрическая линии ..................................................... 18

Связь давления и скорости в потоке ..................................................... 19

Режимы движения жидкости ................................................................... 19

Расчёт напорных потоков ........................................................................ 21

Гидравлический удар .............................................................................. 23

Гидравлика отверстий и насадков .......................................................... 24

Расчёт безнапорных потоков .................................................................. 25

^ Теория фильтрация ................................................................................... 27

Определения, термины и закономерности ............................................ 27

Фильтрационные расчёты ...................................................................... 30

^ Аэродинамика (механика газа) ........................................................................ 34

Физические свойства газов ....................................................................... 34

Плотность ............................................................................................... 34

Удельный вес ......................................................................................... 35

Вязкость ................................................................................................. 35

^ Статика газа ................................................................................................ 35

Статическое давление ............................................................................ 35

Приборы для измерения давления ........................................................ 36

Эпюры давления .................................................................................... 37

Приведённое статическое давление ...................................................... 38

^ Динамика газа ............................................................................................. 40

Словарь аэродинамических терминов ................................................... 40

Уравнение неразрывности потока .......................................................... 41

Приведённое полное давление .............................................................. 41

Уравнение Бернулли для газа ................................................................ 42

Разность давлений и потери давления ................................................ 43

Режимы движения газа ........................................................................... 43

Аэродинамика инженерных сетей .......................................................... 44

Расчёт систем с естественной тягой ...................................................... 45

Расчёт систем с естественной циркуляцией ......................................... 46

Архитектурно-строительная аэродинамика ........................................... 48

Фильтрация газа ..................................................................................... 50

^ Буквенные обозначения с предметным указателем .............................51

Справочные данные ................................................................................... 54

Алфавитно- предметный указатель .........................................................55


Введение


Что такое механика жидкости и газа


Механика жидкости и газа (МЖГ) — это наука, изучающая закономерности покоя и движения жидкостей и газов. Студенты ПГС, ГСХ, ПСК изучают прикладную МЖГ, то есть те её закономерности, которые имеют практическое значение в области строительства.

Термин «механика жидкости и газа» имеет следующие синонимы:

— гидравлика и аэродинамика;

— гидрогазодинамика;

— техническая гидродинамика и газовая динамика.

«Гид­ро…» подразумевает воду, в общем случае — жидкость. «Аэро…» — воздух, в общем случае — газ. В строительстве чаще всего основ­ные рас­чёты, касающиеся жидкости и газа, связаны с водой и возду­хом.

В учебном процессе курс МЖГ является теоретической основой комплекса дисциплин по инженерным сетям и оборудованию зданий и сооружений (водопровод, канализация, отопление, вентиляция), используется при расчётах строительных конструкций на воздействие воды и ветра, для выбора строительного водоотлива и водопонижения в траншеях, котлова­нах и подземных проходках при наличии подземных вод.


^ Как пользоваться конспектами лекций


Прежде всего надо просмотреть их целиком, а затем внимательно прочитать от начала до ко­н­ца. В конце книги имеются вспомогательные разделы:

— буквенные обозначения с предметным указателем (с. 51);

— справочные данные (с. 54 ).

— алфавитно-предметный указатель (с. 55).

Буквенные обозначения с предметным указателем и алфавитно-пред­ме­т­ный указатель помогут быстро оты­скать тот или иной термин, формулу и т.д. Справочные данные могут пригодиться для решения задач.

Не следует забывать, что конспекты лекций являются лишь вспо­мо­га­тельным материалом. Они не могут заменить учебник — объём их огра­ничен. Не вмещают они и полного текста лекций. Их цель — кратким теле­гра­фным стилем выделить основные положения механики жидкости и газа, ко­то­рые в первую очередь необходимо знать для практической дея­тель­ности ин­жене­рам-строителям.


^ Гидравлика (механика жидкости)


Гидравликой называется раздел механики жидкости и газа, изучающий за­кономерности покоя и движения жидкостей. Гидравлика — это наука прибли­жённая, во многом эксперимен­тальная, но точность её формул при расчётах вполне достаточна для инже­нерной практики.


^ Физические свойства жидкости


Для практических задач гидравлики в области строительства имеют значение три физических свойства жидкости: плотность, удельный вес, вязкость.


Плотность


Плотность — это масса единицы объёма жидкости (кг/м3)


,

где m — масса, кг; V — объём, м3.

Плотность воды при температуре +4 °С равна 1000 кг/м3. Другие зна­чения плотности воды в зависимости от температуры можно найти в справочных данных на с. 54. Легко заметить, что плотность воды зави­сит от темпера­туры незначительно. В большинстве гидравлических расчётов свойствами сжи­маемости и температурного расширения жидкостей прене­брегают, например, для воды считают плотность постоянной и рав­ной 1000 кг/м3.


^ Удельный вес


Удельный вес — это вес единицы объёма жидкости (Н/м3)


,

где ^ G — вес (сила тяжести), Н; V — объём, м3.

Связаны удельный вес и плотность через ускорение свободного паде­ния (g = 9,81  10 м/с2 ) так :

.


Вязкость


Вязкость это свойство жидкости проявлять внутреннее трение при её движении, обусловленное сопротивлением взаимному сдвигу её частиц. В по­коящейся жидкости вязкость не проявляется. Количественно вязкость мо­жет быть выражена в виде динамической или кинематической вязкости, ко­торые легко переводятся одна в другую.

Вязкость динамическая , Па· с = Н· с / м2.

Вязкость кинематическая , м2 / с.

Справочные данные по вязкости воды в зависимости от температуры мо­жно найти на с. 54. Зависимость уже более суще­ственная, в отличие от плот­ности. Для всех жидкостей характерно, что с увеличением температуры вяз­кость их уменьшается.


Гидростатика


Гидростатика — это раздел гидравлики (механики жидкости), изучающий покоящиеся жидкости. Она изучает законы равновесия жидкости и распределения в ней давления. Основные величины, используемые в гид­ростатике, —это давление p и напор H.


^ Гидростатическое давление


Гидростатическое давление p — это скалярная величина, хара­к­теризую­щая напряжённое состояние жидкости. Давление равно модулю нормального напряжения в точке: p = / /.

Давление в системе СИ измеряется в паскалях: Па = Н / м2 .

Связь единиц давления в различных системах измерения такая:

100000 Па = 0,1 МПа = 1 кгс/см2 = 1 ат = 10 м вод. ст.

Два свойства гидростатического давления:

1. Давление в покоящейся жидкости на контакте с твёрдым телом вы­зывает напряжения, направленные перпендикулярно к поверхности раздела.

2. Давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем на­правлениям. Это свойство отражает скалярность давления.


^ Основное уравнение гидростатики


Основное уравнение гидростатики гласит, что полное давление в жидко­сти p равно сумме внешнего давления на жидкость po и давления веса столба жидкости pж, то есть

,

где h — высота столба жидкости над точкой (глубина её погружения), в которой определяется давление (рис. 1). Из уравнения следует, что давление в жидкости увеличивается с глубиной и зависимость является линейной.



В частном случае для открытых резервуаров, сообщающихся с атмо­сфе­рой (рис. 2), внешнее давление на жидкость равно атмосферному да­влению po = pатм = 101325 Па 1 ат. Тогда основное уравнение гидро­стати­ки принимает вид


.


Открытые резервуары это не только баки, ёмкости, сооб­щающиеся с ат­мосферой, но также любые канавы с водой, озёра, водоёмы и т.д.

Избыточное давление (манометрическое) есть ра­з­ность между полным и атмосферным давлением. Из последнего урав­нения получаем, что для откры­тых резервуаров избыточное давление равно да­влению столба жидкости

.


^ Приборы для измерения давления


Давление в жидкости измеряется приборами:

 пьезометрами,

 манометрами,

 вакуумметрами.

Пьезометры и манометры измеряют избыточное (манометрическое) дав­ление, то есть они работают, если полное давление в жидкости превышает ве­личину, равную одной атмосфере p = 1 кгс/см2 = 0,1 МПа. Эти при­боры показывают долю давления сверх атмосферного. Для измерения в жи­д­кости полного давления p необходимо к манометрическому давлению pман прибавить атмосферное давление pатм, снятое с барометра. Прак­тически же в гид­рав­лике атмосферное давление считается величиной посто­янной pатм= =101325 100000 Па.

Пьезометр обычно представляет собой вертикальную стеклянную тру­б­ку, нижняя часть которой сообщается с исследуемой точкой в жидкости, где нужно измерить давление (например, точка А на рис. 2), а верхняя её часть открыта в атмосферу. Высота столба жидкости в пьезометре hp является по­казанием этого прибора и позволяет измерять избыточное (манометрическое) давление в точке по соотношению

,

где hp — пьезометрический напор (высота), м.

Упомянутые пьезометры применяются главным образом для лабораторных исследований. Их верхний предел измерения ограничен высотой до 5 м, однако их преимущество перед манометрами состоит в непосредственном измерении давления с помощью пьезометрической высоты столба жидкости без промежуточных передаточных механизмов.

В качестве пьезометра может быть использован любой колодец, кот­лован, скважина с водой или даже любое измерение глубины воды в от­крытом резервуаре, так как оно даёт нам величину hp .

Манометры чаще всего применяются механические, реже — жид­костные. Все манометры измеряют не полное давление, а избыточное

.

Преимуществами их перед пьезометрами являются более широкие пределы измерения, однако есть и недостаток: они требуют контроля их показаний. Манометры, выпускаемые в последнее время, градуируются в единицах СИ: МПа или кПа (см. на с. 54). Однако ещё продолжают применяться и старые манометры со шкалой в кгс/см2, они удобны тем, что эта единица равна одной атмосфере (см. с. 8). Нулевое показание любого манометра соответствует полному давлению p, равному одной атмосфере.

Вакуумметр по своему внешнему виду напоминает манометр, а показы­вает он ту долю давления, которая дополняет полное давление в жидкости до величины одной атмосферы. Вакуум в жидкости — это не пустота, а такое состояние жидкости, когда полное давление в ней меньше атмосферного на ве­личину pв, которая измеряется вакуумметром. Вакуумметрическое давление pв, показываемое прибором, связано с полным и атмосферным так:


.


Величина вакуума pв не может быть быть больше 1 ат, то есть предельное зна­чение pв 100000 Па, так как полное давление не может быть меньше аб­солютного нуля.

Приведём примеры снятия показаний с приборов:

— пьезометр, показывающий hp=160 см вод. ст., соответ­ствует в единицах СИ давлениям pизб=16000 Па и p= 100000+16000=116000 Па;

— манометр с показаниями pман = 2,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу hp=25 м и полному давлению в СИ p = 0,35 МПа;

— вакуумметр, показывающий pв=0,04 МПа, соответствует полному дав­лению p=100000-40000=60000 Па, что составляет 60 % от атмо­сферно­го.


Эпюры давления жидкости


Эпюра давления жидкости  это графическое изображение рас­пре­деле­ния давления жидкости по твёрдой поверхности, соприкасающейся с ней. Примеры эпюр для плоских и кри­волинейных поверхностей при­ведены на рис. 3 и 4. Стрелками на эпюре по­казывают направление дей­ствия давления (вернее, направление нор­мальных напряжений, возни­кающих от действия давления, так как по 2-му свойству давление скалярно). Величина стрелки (ордината) откладывается в масштабе и количественно по­казывает величину давления.



Эпюры давления служат исходными данными для проведения расчётов на прочность и устойчивость конструкций, взаимодействующих с жидко­стями: стенок пла­ва­тельных бассейнов, баков, резервуаров, цистерн. Рас­чёты ведутся мето­дами сопротивления материалов и строительной меха­ники.

В большинстве случаев строят эпюры избыточного давления вместо по­л­ного,, а атмосферное не учитывают из-за его взаимного погашения с той и другой стороны ограждающей конструкции. При построении таких эпюр для плоских и криволинейных поверхностей (см. рис. 3 и 4) используют линейную за­висимость давления от глубины pизб = gh и 1-е свойство гидростатического давления (см. с. 8).


Законы Архимеда и Паскаля


Практическое значение имеют два закона гидростатики: Архимеда и Па­скаля.

Закон Архимеда о подъёмной (архимедовой) силе Fn , действую­щей на погружённое в жидкость тело, имеет вид


,

где Vm — объём жидкости, вытесненной телом.

В строительной практике этот закон применяется, например, при расчёте подземных резервуаров на всплытие в обводнённых грунтах. На рис. 5 показан резервуар, часть которого расположена ниже уровня грун­то­вых вод (УГВ). Таким образом, он вытесняет объём воды, равный объёму его погружённой части ниже УГВ, что вызывает появление ар­химедовой силы Fп. Если Fп превысит собственный вес резервуара Gр, то конструк­ция может всплыть.

Закон Паскаля звучит так: внешнее давление, приложенное к жид­кости, находящейся в замкнутом резервуаре, передаётся внутри жидкости во все её точки без изменения. На этом законе основано действие многих гид­равличе­ских устройств: гидродомкратов, гидропрессов, гидропривода ма­шин, тормозных систем автомобилей.



^ Гидростатический напор


Гидростатический напор H — это энергетическая характе­ри­стика покоящейся жидкости. Напор измеряется в метрах по высоте (вертикали).

Гидростатический напор H складывается из двух величин (рис. 6):

,

где z — геометрический напор или высота точки над нулевой горизонтальной плоскостью отсчёта напора О-О; hp — пьезо­метрический напор (высота).

Гидростатический напор H характеризует потенциальную энергию жид­кости (её энергию покоя). Его составляющая z отражает энергию положения. Например, чем выше водонапорная башня, тем больший напор она обеспечивает в системе водопровода. Величина hp связана с давлением. Например, чем выше избыточное давление в водопроводной трубе, тем больше напор в ней и вода поднимется на бульшую высоту.

Напоры для различных точек жидкости должны отсчитываться от одной горизонтальной плоскости ^ О-О для того, чтобы их можно было сравнивать друг с другом. В качестве горизонтальной плоскости сравнения О-О может быть принята любая. Однако если сама труба горизонтальна, то иногда для упрощения расчётов удобнее О-О провести по оси трубы. Кроме того, на практике часто высотные отметки z и H отсчёта напоров от О-О отождествляют с абсолютными геодезическими, отсчитываемыми от сре­днего уровня поверхности океана. В России, например, они отсчиты­ваются от уровня Балтийского моря.

Важная особенность гидростатического напора состоит в том, что он одинаков для всех точек покоящейся жидкости, гидравлически взаимосвязанных. Равенство напоров HA = HB проиллюстрировано для точек А и В в резервуаре на рис. 6, невзирая на то, что они находятся на разных глубинах и давления в них неодинаковые. Следует обратить внимание, что для открытых резервуаров напор в любой точке жидкости находится очень просто: от О-О до уровня свободной поверхности воды, на которую действует атмосферное давление pатм.

  1   2   3   4   5



Похожие:

Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconКонтрольная работа 7 класс
В одной цистерне в 4 раза меньше жидкости, чем во второй. После того как в первую цистерну добавили 20 т жидкости, а из второй израсходовали...
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconТема урока: Расчет давления жидкости на дно
Цель: отработка навыков решения задач на нахождение давления жидкости на любом уровне, выяснить от чего зависит давление жидкости...
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconЖидкости и твердые тела
Испарение – парообразование, происходящие при любой температуре со свободной поверхности жидкости
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconЗакон Паскаля Давление жидкости
Жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям без изменения
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconУрок в 7-м классе по теме "Архимедова сила"
Сформировать понятие силы, выталкивающей тело из жидкости, ее направление. Установить качественную зависимость выталкивающей силы...
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconИспарение испарение – это парообразование, происходящее с поверхности жидкости
Если число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающих обратно в жидкость, то наступает динамическое равновесие...
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconДиффузия на кухне вода в жидком состоянии
В жидкости расстояние между молекулами гораздо меньше чем в паре, и в соответствии с этим межмолекулярные силы сцепления в жидкости...
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconУрок физики в 7-м классе по теме "Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда"
Цель: получить выражение для расчета давления жидкости на дно и стенки сосуда. Уметь применять его при решения задач
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconЛабораторная работа №26 определение коэффициента вязкости жидкости методом стокса цель работы : определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса
Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр, наполненный глицерином, металлический шарик, секундомер, линейка, штангенциркуль
Гидравлика (Механика жидкости) Физические свойства жидкости iconЛабораторная работа №27 определение зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости цель работы
Цель работы: определить значение коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©lib.podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы