ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Жидкостные манометры отличаются от пьезометров тем, что давление в них измеряют столбом ртути.
Механические манометры бывают пружинные и мембранные. У пружинных манометров стрелка, показывающая давление по шкале, соединена с пружиной, на которую давит среда, а в мембранных — па мембрану. Этими манометрами измеряют высокие давления.
Вакуумметры (жидкостные и механические) служат для измерения вакуума (разрежения), т. е. давления меньше атмосферного. Конструкция и принцип действия вакуумметров аналогичны конструкции и принципу действия манометров.
На использовании закона Паскаля основано устройство гидравлических прессов, гидравлических домкра-
то в, гидроприводов компрессоров высокого давления и других гидравлических машин. Эти машины обычно имеют два сообщающихся между собой цилиндра, диаметр одного из них во много раз больше диаметра другого. Цилиндры заполнены рабочей жидкостью, чаще маслом. В каждом цилиндре расположен поршень. Пусть Sм и Sб — площади поршней соответственно в малом и большом цилиндрах. Если приложить к поршню в малом цилиндре силу FM, то под этим поршнем будет создано давление, равное
p = FM/SM.
В соответствии с законом Паскаля это давление без изменения передается под поршень в большом цилиндре. Тогда сила, действующая на поршень в этом цилиндре, Fб=pSб= SбFм/Sм
Как видим, сила Fб превосходит силу /-">, во столько раз, во сколько площадь Sб больше площади Sм.
Гидравлические сопротивления и число Рейнольдса. Одна из основных задач практической гидравлики — оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении реальных жидкостей в различных гидравлических системах. Чтобы правильно определить эти сопротивления, необходимо понять, как может двигаться жидкость.
Существуют два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Ламинарный (слоистый) режим характеризуется тем, что струйки жидкости параллельны между собой и стенкам потока, они не перемешиваются по длине потока.
При изменении скорости потока жидкости упорядоченное движение может перейти в неупорядоченное, так называемое турбулентное. При этом струйность потока нарушается, частицы жидкости перемещаются по разным направлениям.
В результате проведения опытов с подкрашенными струйками воды английский физик О. Рейнольде установил, что режим движения зависит от средней скорости жидкости, диаметра трубопровода, динамической вязкости и плотности жидкости и что эти величины связаны между собой соотношением.
Число Рейнольдса Re — безразмерная величина, служащая одной из основных характеристик течения вязкой жидкости и равная отношению сил инерции к силам вязкости:
Re = ρv l /µ,
где р — плотность жидкости: v — характерная скорость (потока); / — характерный линейный размер (например, диаметр трубы); р. — коэффициент вязкости жидкости.
Число Рейнольдса является критерием подобия потоков вязкой жидкости.
При значениях Re меньше 2300 в трубе всегда происходит ламинарное течение жидкости, а при Re больше 2300 — турбулентное. Если Re = 2300, то его называют критическим. На практике почти всегда приходится иметь дело с турбулентным режимом движения жидкости. Потери напора на трение при этом режиме больше, чем при ламинарном.
Потери напора на трение hтр состоят из внутреннего трения частиц и трения жидкости о стенки трубопровода hдл и потерь напора в задвижках, коленах, переходах и других подобных устройствах, называемых местными сопротивлениями hM.
Таким образом, hтр = hдл+hм.
Потери напора на прямолинейном участке трубопровода определяют по формуле hдл= λ(l/d) v2/(2g), где λ—коэффициент сопротивления трения жидкости в трубе, зависящей от режима движения, шероховатости стенок трубы и рода перемещаемой жидкости (обычно λ=0,02÷0,04); l—длина прямого участка трубопровода, м; d — диаметр трубопровода, м; v2/(2g)—скоростной напор жидкости, м.
Потери напора на преодоление местных сопротивлений будут
hM = εv2/(2g), где ε — коэффициент местного сопротивления.
Потерю напора, вызванную местным сопротивлением, можно определить непосредственным измерением разности показаний монометров, поставленных до и после этого сопротивления. На преодоление местных сопротивлений тратится значительная часть общей мощности, потребляемой насосом. Поэтому обычно ограничивают применение фасонных частей на насосных установках и избегают установки труб с резким изменением площади сечения.
§ 4. Истечение жидкости через отверстия и насадки
Истечение жидкости через отверстия
— одна из основных задач
гидравлики, отправная точка ее научного и практического развития/ Следует отметить, что основное уравнение Д. Бернулли было получено именно в результате изучения истечения жидкости через отверстия.
Задача об истечении сводится к определению скорости истечения и расхода вытекающей жидкости, формы и поперечного сечения струи.
Для машинистов насосных установок истечение жидкости через отверстия имеет практическое значение] Насос подает или забирает жидкость через отверстия, расположенные в днище или боковой поверхности аппарата (резервуара).
При истечении жидкости через круглое отверстие с острой кромкой (без скруглений), находящееся в стенке сосуда, струя сначала несколько сужается, образуя на некотором расстоянии от стенки наиболее сжатое сечение. В круглых отверстиях сравнительно небольших размеров (диаметром меньше 100 мм) наиболее сжатое сечение находится от стенки сосуда на расстоянии, равном половине диаметра отверстия.
В технике широко используют также истечение жидкостей через насадки—короткие патрубки, присоединенные к отверстиям. Насадки различают по форме их проточной части. Наибольшее применение находят насадки следующих типов: цилиндрические—внешние и внутренние; конические—сходящиеся и расходящиеся; конои-дальные криволинейного очертания, имеющие форму сжатой струи.
Длину насадка берут обычно равной от 1,5 до 3 диаметров отверстия. Насадки применяют главным образом для увеличения пропускной способности отверстия. Расход жидкости при истечении через насадок больше, чем при истечении через отверстия, так как при входе в насадок струя сжимается, а затем постепенно расширяется, заполняя все сечение насадка. В результате сжатия струи в насадке образуется вакуум и происходит подсасывание жидкости ,из резервуара. На этом основана работа струйных насосов и первич-ных приборов для измерения расхода жидкости в трубопроводах. Скорость истечения жидкости определяют по формуле
vc = φV2gH, где φ — коэффициент скорости; Н — статический напор,
g—ускорение свободного падения, м/с2.
Контрольные вопросы. 1. Что такое гидравлика? 2. Какими свойствами обладают жидкости? 3. Запишите основное уравнение гидростатики. 4. Что называется живым сечением потока? 5. Запишите уравнение Д. Бернулли для потока реальной жидкости. 6. По какой формуле определяют число Рейнольдса?
Глава II
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ
Термодинамика — раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.
Основное содержание термодинамики — процессы взаимного превращения теплоты и механической работы как двух форм обмена энергией.
Объектом изучения в термодинамике является какое-либо газообразное вещество, выполняющее главную функцию в тепловой машине: пар, продукты сгорания топлива, сжатый газ и т. п. Такое вещество называется рабочим телом машины или термодинамической системы. В результате подвода или отвода теплоты рабочее тело либо расширяется, совершая работу, либо сжимается под действием внешних сил с затратой работы извне.
§ 5. Параметры состояния газа
Главную роль в поведении газа играет хаотическое движение его молекул. Тепловое движение молекул многоатомного газа представляет собой поступательное и вращательное движение. Внутри молекулы атомы могут совершать еще и колебательное движение, однако при низких и средних температурах его роль незначительна, и только при очень высоких температурах колебательное движение атомов в молекулах газа вносит заметный вклад в тепловое движение.
Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа.
Основными параметрами состояния газа служат давление, температура и удельный объем. Эти параметры связаны между собой определенной зависимостью, которая называется уравнением состояния газа: давление газа прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул газа и их числу в единице объема.
Различают атмосферное, избыточное и абсолютное давления газа.
Атмосферное давление, т. е. давление слоя воздуха, измеряется барометром и поэтому часто называется барометрическим.
Избыточное давление — давление сверх атмосферного — определяется с помощью манометра, отсюда его другое название — манометрическое.
Абсолютным называется действительное давление газа. Оно представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.
Для того чтобы определить абсолютное давление газа, надо сложить показания двух приборов: барометра и манометра (в одинаковых единицах).