Основы гидравлики и теплотехники(22.01.22)
Лабораторная работа №1
Основные физические свойства жидкости.
Изучение закона Паскаля.
Изучение закона Архимеда.
Посмотреть видео по ссылке https://youtu.be/E23wDk9w_Y0
Изменение гидростатического давления,
Экспериментальное подтверждение
Основного уравнения гидростатики
И закона Паскаля
Вводная часть
Гидростатическим давлением р называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил:
, (1)
где 
– элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н;
– элементарная площадка действия, м2.
Из формулы (1) видно, что гидростатическое давление р есть предел отношения элементарной гидростатической силы к элементарной площади действия , когда последняя стремится к нулю.
За единицу гидростатического давления принято равномерно распределённое давление, создаваемое силой 1 Н, на площади 1 м2, т.е. 
(один паскаль).
Гидростатическое давление, отсчитываемое от нуля, называют абсолютнымр абс, а отсчитываемое от атмосферного р ат – избыточнымр изб, следовательно,
, (2)
очевидно, что
. (3)
В гидравлических расчётах величину нормального атмосферного давления считают равной 
= 98100 Па.
Из формулы (3) видно, что в зависимости от соотношения между 
и избыточное давление 
может быть и положительной, и отрицательной величиной. Положительное избыточное давление называют манометрическим, а отрицательное – вакуумметрическим. Приборы, применяемые для измерения 
и 
, называют соответственно манометрами и вакуумметрами.
По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические.
Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.
Манометрическое давление, выраженное через показания пьезометра:
, (4)
где 
– объемный вес жидкости;
– пьезометрическая высота, т. е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.
Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Заметим, что пружинный манометр показывает давление в точке жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если высотное положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра не совпадают (рисунок 1), в показание манометра 
вводят поправку 
.
Рисунок 1 – Схема установки для экспериментального подтверждения
основного уравнения гидростатики и закона Паскаля
Для случая, изображённого на рисунке 1:
, (5)
где 
– превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, м.
В данной лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.
Рисунок 2 – К закону Паскаля и его экспериментальному
подтверждению
Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления 
по глубине 
(рисунок 2) описывается основным уравнением гидростатики:
, (6)
где 
– гидростатическое давление в жидкости на глубине h, Па;
– внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па;
– глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м;
– весовое давление, т.е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости, Па.
Из уравнения (6) видно, что при 
и 
давление с изменением величины изменяется по линейному закону (рисунок 2), что предстоит подтвердить опытами. Вычислив по уравнению (6) давление в двух точках, заглублённых на разную величину , можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления (рисунок 2).
Из уравнения (6) следует, что внешнее давление в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма без изменения (рисунок 2). Это следствие называют законом Паскаля. Справедливость этого закона предстоит проверить опытным путём в данной работе.
Цель работы
1 Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (А, В, С), заглублённых на различную величину под уровень жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести.
2 Подтвердить на основании опытных данных основное уравнение гидростатики и закон Паскаля.
3 Построить по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h.
Описание установки
Установка (рисунок 1) представляет собой толстостенный стальной цилиндр 1, частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой 5 со шкалой 4.
Для измерения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в т. А) и в точках В и С, заглублённых под уровень соответственно на 
и 
, подключены пружинные манометры МА, МВ, МС.
В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора (на рисунке 1 не показан) по трубопроводу 3 открытием вентиля 7. Для сброса избыточного гидростатического давления в цилиндре служит вентиль 6. В крышке цилиндра имеется предохранительный клапан 2, отрегулированный на давление 500 кПа.
Порядок выполнения работы и обработка
Опытных данных
Необходимо выполнить два опыта, обеспечив в первом 
, а во втором – 
.
Опыт № 1
Открыть вентиль 6 для обеспечения 
, далее измерить с помощью водомерной трубки 5 и шкалы 4 глубины погружения hB и hC точек В и С, а также превышения yB и yC осей вращения стрелок манометров МВ и МС над точками их подключения. Затем измерить показания всех трёх манометров (МА, МВ, МС). Полученные данные записать в таблицу 1 (столбцы 4 и 6).
Опыт № 2
Закрыть вентиль 6, а вентиль 7 открыть. Затем включить компрессор для подачи сжатого воздуха в цилиндр 1. Довести 
до величины, указанной преподавателем, после чего компрессор отключить. Далее измерить одновременно показания манометров МА, МВ, МС. Результаты измерений записать в столбец 5 таблицы 1. Открыть вентиль 6 для сброса давления сжатого воздуха.
Выполнить все вычисления, предусмотренные таблице 1. Дать заключение по результатам работы.
Контрольные вопросы
1 Что такое гидростатическое давление и каковы его свойства?
2 Поясните, что такое абсолютное и избыточное гидростатическое давление и какова связь между ними.
3 Объясните, что понимают под терминами «внешнее давление» и «весовое давление».
4 Напишите и поясните основное уравнение гидростатики.
5 Сформулируйте закон Паскаля.
6 Назовите приборы для измерения избыточного гидростатического давления и поясните принципы их действия.
7 Поясните, что такое пьезометрическая высота.
8 В чём состояло принципиальное отличие в условиях проведения первого и второго опытов?
9 Для чего нужно знать превышение оси вращения стрелки пружинного манометра над точкой его подключения?