Определение предмета "Гидравлика". Краткие исторические сведения. Жидкости и их основные физические свойства. Гидростатика

давление на свободной поверхности жидкости, находящейся в равновесии, передается во все точки жидкости без изменения по всем направлениям.

2.5. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ПОНЯТИЯ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ГИДРОСТАТИКИ

Преобразуем уравнение (2.2), записав значение  (рис. 2.6).

Для любой точки, например т. А,

где z- координата т. A;  - координата свободной поверхности.

Получим

Разделим обе части полученного уравнения на величину  и сделаем перестановки слагаемых:

(2.3)

Рис. 2.6. Геометрическое пояснение основного уравнения гидростатики

Уравнение (2.3) также носит название основного уравнения гидростатики, но оно представлено в другой форме записи.

Каждый член этого уравнения имеет размерность метр: м; м. Значит, уравнение (2.3) можно представить как уравнение высот, в котором

 - высота положения точки (геометрический напор);

 - высота, соответствующая давлению (напор).

Так как и  для рассматриваемого резервуара - величины конкретные, можно записать

(2.4)

Величину Н называют гидростатическим (потенциальным) напором. Эта величина одинакова для любой точки жидкости, находящейся в рассматриваемом резервуаре с постоянными и .

Плоскость xOzназывают плоскостью сравнения или начальной плоскостью.

Но уравнение (2.3) легко выразить в единицах энергии, для этого достаточно умножить каждый член уравнения на 1 Н (ньютон), тогда все слагаемые будут выражены в единицах энергии (Дж=Нм). Значит, каждое слагаемое уравнения (2.3) представляет собой вид потенциальной энергии, так как жидкость находится в покое:

 - удельная потенциальная энергия положения;

 - удельная потенциальная энергия давления;

Н - полный запас удельной потенциальной энергии.

Слово «удельная» означает энергию, приходящуюся на единицу веса жидкости (на 1 Н). Следует отметить, что в гидравлике слово «напор» означает удельную энергию жидкости и может применяться наряду со словом «высота», так как имеет ту же размерность [м].

2.6. АБСОЛЮТНОЕ И ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Вернемся к основному уравнению гидростатики в форме записи (2.2):

.

Для покоящейся жидкости возможно три случая действия внешнего давления

Рассмотрим каждый из этих случаев.

1. На рис. 2.7 изображен закрытый резервуар, внутри которого помещена жидкость, на свободной поверхности которой создано давление . Для измерения давления сбоку от резервуара на высоте hот поверхности установлена стеклянная трубочка с открытым верхним концом, которая называется пьезометром. Под действием давления в резервуаре вода в стеклянной трубочке поднимается на высоту , а на поверхности воды в трубочке будет давление . На рисунке 0-0 - плоскость сравнения; 1-1 - уровень жидкости, где давление в любой точке будет такое же, что и в т. А.

Для случая, изображенного в на рис. 2.7, в точке А согласно (2.2) абсолютное гидростатическое давление , где  - весовое давление . С другой стороны, для любой точки уровня 1-1 со стороны пьезометра давление запишется так:

где  - избыточное давление ;  - высота, называемая пьезометрической высотой.

Рис. 2.7. Резервуар с жидкостью, на поверхности которой

Но ,так как жидкость находится в состоянии покоя, т.е.  тогда

                                                           (2.5)

а пьезометрическая высота

                                            (2.6)

Высота называется пьезометрическим напором.

Для данного случая действия внешнего давления избыточное давление есть величина положительная и имеет специальное название - манометрическое давление - по названию приборов заводского изготовления, манометров, которые по своим конструктивным особенностям способны измерять (как правило) только избыточное давление

Как отмечалось в п. 2.1, единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па, но на практике часто используются и другие единицы измерения, например «техническая атмосфера» — 1 ат.

1ат = 1 кгс/см² или при переводе в систему СИ 1 ат = 9,810⁴Па= 100 000 Па.

Из наших рассуждений следует, что давление можно измерять и высотой столба жидкости .

Для воды с плотностью  кг/м³ 1 ат = 10 м вод. Для ртути с плотностью  кг/м³ 1 ат=0,7382 м рт.ст.=738,2 мм рт.ст.

1 Па = 0,10210^{-3 м} вод. ст.

1 Па = 0,0075210^{-3 м рт. ст. = 0,00752 мм рт. ст.}

2. На поверхности жидкости в закрытом резервуаре путем откачки воздуха или газа создано давление  (рис. 2.8) На глубине hсбоку от резервуара на уровне 1-1 установлен так называемый обратный пьезометр