Методические указания и контрольные задания для студе нтов-заочников по учебной дисциплине «Гидравлика» (стр. 2 из 15)
Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Это свойство жидкость проявляет, только находясь в движении.
Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами кинематической ν ( м2/сек) или динамической μ (Па с) вязкости, которые связаны следующим соотношением:
.Зависимость коэффициента кинематической вязкости для воды от температуры определяется по следующей формуле:
.Вязкость жидкости в условных градусах Энглера определяется по формуле
,где τж – время истечения 200 см3 испытуемой жидкости через калиброванное отверстие вискозиметра при заданной температуре, сек; τв – время истечения 200 см3 дистиллированной воды при температуре 200 С (водное число вискозиметра), сек.
Определение коэффициента кинематической вязкости по условной вязкости, заданной в градусах Энглера, производится по формуле
.При условной вязкости более 160 ВУ следует пользоваться формулой
.
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 :
. Вопросы для самоконтроля
1. В чем состоит значение гидравлики для специалистов в области нефтяной, газовой и нефтегазодобывающей промышленности?
2. Перечислите основные физико-механические свойства жидкостей?
3. Какая существует связь между плотностью, удельным весом жидкости и ускорением силы тяжести?
4. Какая существует связь между коэффициентом динамической и кинематической вязкости?
РАЗДЕЛ 2. ГИДРОСТАТИКА
Тема 2.1 Давление и законы гидростатики
Студент должен:
знать: единицы измерения, свойства, виды гидростатического давления, основное уравнение гидростатики, приборы для измерения давления;
уметь: определять давление в покоящейся жидкости и газе с помощью приборов и формул.
Давление, виды и единицы измерения. Гидростатическое давление, его свойства. Основное уравнение гидростатики. Гидростатическое давление в покоящемся газе. Приборы для измерения давления. Расчеты давления применительно к пластовым условиям. Глубинные манометры.
Литература: 1, с. 21…52
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое гидростатическое давление в данной точке?
2. Что называется абсолютным давлением, избыточным давлением и вакуумом?
3. Какими приборами можно измерить гидростатическое давление?
4. Что такое пьезометрическая высота и гидростатический напор?
5. В чем состоит закон Паскаля?
Тема 2.2 Силы давления
Студент должен:
знать: действие давления на различные стенки;
уметь: применять законы гидростатики для решения практических задач.
Давление жидкости на плоские поверхности. Центр давления. Эпюры гидростатического давления. Давление жидкости на криволинейные поверхности. Горизонтальная и вертикальная составляющие силы давления. Закон Архимеда. Простые гидравлические машины и устройства.
Практическое занятие №1.
Литература: 1, с. 21…56
Методические указания
Прежде чем перейти к изучению вопроса о суммарном гидростатическом давлении на плоские и цилиндрические поверхности, нужно усвоить методику построения эпюр гидростатического давления. Следует разобрать два способа определения силы гидростатического давления на плоские стенки: аналитический и графический, понятие центра давления и способы его определения.
К простым гидростатическим машинам относятся гидравлический пресс, гидравлический домкрат, гидравлический аккумулятор, гидравлический мультипликатор и т. д. они используются для создания больших сил давления при помощи жидкости. Их работа основана на применении закона Паскаля.
Вопросы для самоконтроля
1. Как определить величину силы гидростатического давления на плоскую стенку? Дать схему изображения.
2. Что такое центр давления и как его определить?
3. Как определить величину, направление и точку приложения силы гидростатического давления на криволинейную стенку?
4. В чем состоит закон Архимеда?
5. На чем основана работа гидравлических машин?
Методические указания к темам 2.1, 2.2
В этой теме прежде всего необходимо усвоить , какие силы могут действовать на покоящуюся жидкость. Затем усвоить понятие гидростатического давления в точке и его свойства.
Гидростатическое давление
Гидростатическое давление p — это скалярная величина, характеризующая напряжённое состояние жидкости.
Сила, действующая на единицу площадки по нормали к поверхности, ограничивающей бесконечно малый объем внутри покоящейся жидкости, называется гидростатическим давлением.
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.
В международной системе (СИ) единиц измерения за единицу давления принято равномерное распределенное давление, при котором на 1 м2 приходится сила, равная 1 Ньютону, называемая Паскалем.
Па=1 Н/м2=0,102 кгс/м2=0,102 мм вод. ст.=0,0075 мм рт. ст.
Силы, действующие на частицы жидкости, подразделяют на поверхностные (реакции стенок и дна сосудов) или внешние (давление атмосферы, давление поршня) и массовые или объемные, действующие внутри жидкости.
К поверхностным силам, например, относятся силы давления, направленные нормально к площадке, на которую они действуют, и силы внутреннего трения, являющиеся касательными.
К массовым силам относятся сила тяжести и силы инерции. Массовые силы характеризуются ускорениями, которые они сообщают единице массы.
Гидростатическое давление (н/м2) в любой точке жидкости складывается из давления на ее свободную поверхность и давления столба жидкости, высота которого равна расстоянию от этой точки до свободной поверхности:
,где р0 – давление на свободную поверхность жидкости, н/м2; ρ – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/сек2; h — высота столба жидкости над точкой (глубина её погружения), в которой определяется давление (рис. 1).
Выражение называется основным уравнением гидростатики. Из этого уравнения следует, что внешнее давление р0 на свободную поверхность жидкости передается в любую точку жидкости равномерно (закон Паскаля).
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
.Гидростатическое давление называется полным или абсолютным рабс, а величина ρgh, входящая в уравнение гидростатики, избыточным ризб. Избыточное давление измеряется манометрами или пьезометрическими трубками.
Если давление на свободную поверхность жидкости равно атмосферному, то
.Когда абсолютное давление меньше атмосферного, измерительный прибор показывает разряжение (вакуум):
.Приборы для измерения давления
Давление в жидкости измеряется приборами:
¾ пьезометрами,
¾ манометрами,
¾ 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.