Давление жидкости на плоскую наклонную стенку

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для практических работ по дисциплине ГИДРАВЛИКА

для специальности 190502 Эксплуатация транспортных энергетических установок

г. Рыбинск

2010 год

Гидравлика: Методические указания к выполнению практических работ / Сост. Т.А.Морозова; Филиал ФГОУ ВПО «МГАВТ» (Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова). – Рыбинск, 2010. (Дневная форма обучения/ Филиал ФГОУ ВПО «МГАВТ» (Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова).

Данные методические указания предназначены для выполнения практических работ студентами специальности

190502 Эксплуатация транспортных энергетических установок

СОСТАВИТЕЛЬ:

преподаватель Т.А.Морозова

ОБСУЖДЕНО

на заседании предметно-цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин

РЕКОМЕНДОВАНО

Методическим Советом Филиала ФГОУ ВПО «МГАВТ» (Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова)

Содержание

Пояснительная записка стр.4

Практическая работа № 1 стр.5

Тема: Центр приложения равнодействующей сил давлении к плоскости.

Практическая работа №2 стр.8

Тема: Измерение давления.

Практическая работа № 3 стр.14

Тема: Расчет гидравлического пресса.

Практическая работа №4 стр.19

Тема: Уравнение Бернулли

Практическая работа №5 стр.27

Тема:Режимы движения жидкости.

ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ стр.32

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

Учебная дисциплина «Гидравлика» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для освоения специальных дисциплин.

Программа учебной дисциплины предусматривает изучение общих законов равновесия и движения жидкости, основ расчета элементов трубопровода.

Студент должен:

иметь представление:

- о методах расчета трубопроводов;

знать:

- основные понятия и определения гидростатики и гидродинамики;

- основные формулы;

уметь:

- анализировать состояние жидкости;

- при анализе состояния жидкости пользоваться понятиями и терминологией гидравлики;

Учебная дисциплина «Гидравлика» состоит из двух разделов:

1. Гидростатика;

2. Гидродинамика.

Программой предусмотрено 10 часов практических занятий.

Методические указания содержат краткий теоретический материал по всему курсу дисциплины. Изложение учебной дисциплины ведется в форме, доступной пониманию студентов. Соблюдается единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими общегосударственными и национальными стандартами.

Изучение теоретического материала по всем темам закрепляется решением задач, что способствует развитию самостоятельности и творческого мышления. При изложении материала обращается внимание на его прикладной характер, показывается, где и когда изучаемые теоретические положения и практические навыки могут быть применены в будущей деятельности специалиста.

Для каждой практической работы указана цель работы, порядок ее выполнения и контрольные вопросы.

Практическая работа № 1.

Тема: Центр приложения равнодействующей сил давлении к плоскости.

Цель работы: Научиться определять гидростатическое давление жидкости, действующее на площадку.

Ход работы:

1. Выполнить рисунок для определения силы давления жидкости на плоскую стенку.

2. Определить силу давления жидкости на плоскую наклонную стенку и направление этой силы.

3. Определить точку приложения силы давления ( координаты точки D ).

Записать формулу и объяснить физический и геометрический смысл входящих в нее выражений.

4. Выполнить рисунок сосудов различной формы с одинаковой площадью горизонтального дна ( ω = 78,5 мм²) и определить давление жидкости на дно.

5. Вывод по работе.

Контрольные вопросы:

1. По какой формуле определяют гидростатическое давление жидкости, действующее на площадку?

2. По какой формуле определяют центр давления жидкости на плоскую наклонную стенку? Объясните физический и геометрический смысл входящих в нее выражений.

3. От каких геометрических параметров сосуда зависит давление жидкости на его дно? Как называют эту зависимость?

Краткие теоретические сведения.

Давление жидкости на дно сосуда.

Давление жидкости на плоскую наклонную стенку

Пусть мы имеем резервуар с наклонной правой стенкой, заполненный жидкостью с удельным весом γ. Ширина стенки в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа (от читателя), равна b (рис.1). Стенка условно показана развернутой относительно оси АВ и заштрихована на рисунке. Построим график изменения избыточного гидростатического давления на стенку АВ.

Так как избыточное гидростатическое давление изменяется по линейному закон P=γgh, то для построения графика, называемого эпюрой давления, достаточно найти давление в двух точках, например А и B.

Рис. 1. Схема к определению равнодействующей гидростатического давления на плоскую поверхность

Избыточное гидростатическое давление в точке А будет равно

P_A = γh = γ·0 = 0

Соответственно давление в точке В: P_B = γh = γH

где H - глубина жидкости в резервуаре.

Согласно первому свойству гидростатического давления, оно всегда направлено по нормали к ограждающей поверхности. Следовательно, гидростатическое давление в точке В, величина которого равна γH, надо направлять перпендикулярно к стенке АВ. Соединив точку А с концом отрезка γH, получим треугольную эпюру распределения давления АВС с прямым углом в точке В. Среднее значение давления будет равно

Если площадь наклонной стенки A=bL, то равнодействующая гидростатического давления равна

где hc = Н/2 - глубина погружения центра тяжести плоской поверхности под уровень жидкости.

Произведение h_сω представляет собой объем цилиндра с площадью основания, равной ω, и высотой, равной h_с, поэтому формулу можно толковать так: сила, с которой жидкость действует на плоскую стенку, равна весу жидкости в объеме цилиндра с основанием, равным площади данной стенки, и высотой, равной глубине погружения центра тяжести этой площади под уровень свободной поверхности.

Однако точка приложения равнодействующей гидростатического давления ц.д. не всегда будет совпадать с центром тяжести плоской поверхности. Эта точка находится на расстоянии l от центра тяжести и равна отношению момента инерции площадки относительно центральной оси к статическому моменту этой же площадки.

где J_Аx - момент инерции площади A относительно центральной оси, параллельной Аx.

В частном случае, когда стенка имеет форму прямоугольника размерами bL и одна из его сторон лежит на свободной поверхности с атмосферным давлением, центр давления ц.д. находится на расстоянии b/3 от нижней стороны.