8822

1.3 Определение суммарной силы давления на смоченные жидкостью

ограждающие поверхности

1.) Универсальный аналитический метод определения силы давления жидкости на плоские стенки

Все рассмотренное выше можно пояснить и описать с помощью рис.1.6

и рабочих формул:

Рисунок 1.6

Герметично закрытый неподвижный резервуар заполнен жидкостью с плотностью ; на свободной поверхности абс 9 ат , что обеспечивает положение плоскости − на высоте изб, = ; абс − ат</ . Боковая стенка резервуара плоская и наклонена к горизонту под углом =; выделен фрагмент стенки площадью >. Координатная плоскость XOZ

перпендикулярна к плоскости рисунка; начало координат (∙) О лежит на плоскости − ; ось OZ лежит в плоскости стенки и направлена вниз; для более наглядного представления о геометрии выделенного фрагмента стенки плоскость XOZ повернута и совмещена с плоскостью рисунка.

12

– пьезометрическая высота в (∙) E;

@C – координата центра давления – (∙) F;

DA – момент инерции плоской фигуры относительно центральной горизонтальной оси GH.

2.) Частный графоаналитический метод количественной оценки силы давления жидкости на плоские прямоугольные поверхности

В частном случае, когда фрагмент стенки резервуара имеет вид прямоугольной фигуры, для определения значений и @C можно использовать графоаналитический метод.

Эпюра (заштрихованная геометрическая фигура) имеет вид трапеции,

площадь которой > = K ( − ) + LMNLMP . Пространственное

эп ,изб 0 / M 0 O

положение центра тяжести эп. – (∙) ц.т., можно установить либо расчетом

(см. Приложение), либо с помощью геометрических построений.

На контуре прямоугольной площадки можно построить геометрическое тело: призму высотой – в, в основании которой находится геометрическая фигура (в виде эпюры) площадью >эп.

Объем этой призмы Qпр = >эп ∙ в численно равен силе давления жидкости на плоскую прямоугольную фигуру, т.е.:

13

к площадке до пересечения с ней; полученная (∙) пересечения есть искомая (∙) D.

Справедливость ф.(1.9) проверим универсальным аналитическим

методом – см.ф.(1.7):

= A> = ( / + LMNL0 O + ,изб ) ∙ ( 0 − /) ∙ в = = K ,изб ( 0 − /) + LMMNL0 OMP ∙ в

14

2 . Организация экспериментальных исследований

2.1. Описание лабораторного стенда «Гидростатика – М3»

Конструктивное исполнение стенда ориентировано на формирование проблемных ситуаций по исследованию физических эффектов, связанных с изменением гидростатического давления (например, посредством пневмоварьирования его значений), в частности, для демонстрации проверки основного уравнения гидростатики, а также уравнений, описывающих результат суммированного действия давления жидкости на плоскую стенку

Схема лабораторного стенда с основными функциональными отдельными элементами и постоянной трубопроводной разводкой представлена на рис. 2.1. При монтаже стенда использованы следующие устройства и оборудование:

∙ емкостные элементы – негерметичный буферный бак Б1 (WБ1 = 50л) с

трубчатым уровнемером Ур.1; герметичный бак Б2 с трубчатым уровнемером Ур.2 (WБ2 = 16л при максимальном показании Ур.2, равном

HБ = 280 мм);

∙гидравлические машины – центробежный насос H1 с открытым доступом и компрессор H2, установленный скрыто (закреплён на обратной стороне монтажной панели)

∙трубопроводная арматура шаровые краны КР1…КР4, задвижка З1,

дроссели (регуляторы повышенной точности с конусными клапанами) ДР1 и

ДР2;

∙измерительные устройства – U-образные жидкостные манометры;

резистивные деформационные манометры М1…M4; приборы для определения силы давления жидкости с резистивными датчиками ДС1…ДС3.

Установленные в блоке датчики избыточного давления M1…M3

имею в своей конструкции полупроводниковые тензорезисторы,

соединённые по мостовой схеме (с температурным уравновешиванием), и

компенсационные элементы (например, для коррекции нулевых установок);

15

датчики входят в состав аппаратного комплекса из промежуточных преобразователей и вторичных приборов, конечными из которых являются цифровые табло – жидкокристаллические дисплеи, отображающие результаты измерений (в «кПа») и размещённые на щите . Показания манометров следует снимать после коррекции нулевых установок (кнопка для включения компенсации расположена с обратной стороны монтажной

конструкции и сборки измерительного комплекса М4, предназначенного для

полупроводниковых тензорезисторов, включённых в аппаратный комплекс,

результирующие показания которого (–сила давления в «Н») выводится на

значения давления М/ в отдельных опытах эксперимента следует иметь в виду, что после обеспечения планового значения М/ компрессор выключается с одновременным перекрыванием ДР1 (во избежание утечки воздуха нарушения стабильности параметров при проведении измерений).

Порядок введения стендов в рабочее состояние рассматривается в методиках выполнения конкретных лабораторных работ.

17

2.2. Лабораторная работа №1 «Экспериментальное определение плотности жидкости»

Эксперимент для определения плотности неизвестной жидкости – 2,

состоит из двух серий опытов: №1’ – определение ′2 (в сравнении с

конечный результат – ′2, рассчитанный по ф.1.5, представляется в отчетной таблице №1’.

Таблица №1’ Определение ′2.

Опыты №1’’ выполняется при варьировании М/ в интервале значений

3…9 кПа. План эксперимента, данные по измерению М6 и ′H2, а также конечный результат ′H2, рассчитанный по ф.1.6, представляется в отчетной

таблице №1’’.

Таблица №1’’ Определение ′′2.

18

Возможны три варианта получения требуемого значения давления М/:

Вариант 1. Бак Б2 используется в качестве ресивера, в который ступенчато (с достижением плановых значений М/) нагнетается сжатый воздух от компрессора H2 (при перекрытых ДР2, З1, КР2);

Вариант 2. Бак Б2 используется как объёмный (вытеснительный)

компрессор: при закрытых КР2, ДР1, ДР2 и открытых КР1, З1 водой,

подаваемой насосом H1, сжимается воздух, защемлённый в объёме бака, и

создаётся плановое давление М/;

Вариант 3. Бак Б2 используется как гидропневматическая емкость: при открытых КР1, З1, ДР2 и закрытым КР2 включается насос H1 и до max Ур.2

заполняется бак Б2; после этого закрывается КР1, З1, ДР2, отключается насос

H1; открывается ДР1 и включается компрессор H2, работающий до получения максимального планового давления М/= 9кПа; закрывается ДР1 и

отключается H2; после проведения замеров в первых опытах серии №1’ и

№1’’ при М/= 9кПа открывается КР1, что приводит к понижению Ур.2 и

снижению значения М/ вследствие изотермического расширения объёма воздуха в баке Б2: ступенчато проводится опорожнение бака и остановками при М/= 6кПа и М/= 3кПа для выполнения замеров остальных опытах серии №1’ и №1’’.

По завершению экспериментов лабораторный стенд выводится в режим ожидания: при необходимости опорожняется бак Б2 (при открытых КР2,

ДР2); закрывается КР1, З1, ДР1; производится отключение общего электропитания демонтируются временная целеобусловленные связи.

20