Основное уравнение гидростатики

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................

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

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

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

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

Плотность .................................................................................................

Удельный вес ...........................................................................................

Вязкость ...................................................................................................

Гидростатика................................................................................................

Гидростатическое давление .....................................................................

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

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

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

Законы Архимеда и Паскаля ................................................................... Гидростатический напор .........................................................................

Гидродинамика..........................................................................................

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

Уравнение неразрывности потока .......................................................... Гидродинамический напор ...................................................................... Уравнение Бернулли для жидкости ........................................................ Разность напоров и потери напора ..................................................... Напорная и пьезометрическая линии ..................................................... Связь давления и скорости в потоке ..................................................... Режимы движения жидкости ...................................................................

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

Гидравлический удар .............................................................................. Гидравлика отверстий и насадков .......................................................... Расчёт безнапорных потоков .................................................................. Фильтрационные расчёты ......................................................................

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

Плотность ...............................................................................................

Удельный вес .........................................................................................

Вязкость .................................................................................................

Буквенные обозначения.............................

Справочные данные...................................................................................

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.

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 r  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 g  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 m , 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 = /s /.

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 poи давления веса столба жидкости p_ж, 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 p_o = p_атм = 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

.