9449

11

Рисунок 6 – Расчетная схема для оценки силового воздействия на плоскую стенку

Математические выводы при рассмотрении ситуации дают две расчетные зависимости:

фигуры;– площадь плоской фигуры;

IC – момент инерции плоской фигуры относительно центральной горизонтальной оси X (см. рисунок 6).

12

Для прямоугольных плоских фигур, повторяющих геометрию широко применяемых элементов технических объектов, разработан графоаналитический метод определения параметров P и zD .

Рисунок 7 – К пояснению графоаналитического метода решения

На контуре прямоугольной плоской фигуры размерами h (h2 h1) и b построено геометрическое тело – призма, в основании которой находится эпюра избыточного давления.

Рассматриваемый метод базируется на двух принципах:

–численное значение силы давления жидкости на плоскую

прямоугольную фигуру определяется как объем эпюры WЭП – геометрического тела, построенного на площадке: P WЭП FЭП b ;

– пространственное положение точки D определяется при пересечении линии действия силы P, проходящей через центр тяжести эпюры (ц.т.), с площадкой, на которую давит жидкость.

13

1.3.Гидростатические расчеты в технических системах

1)Определение давления в покоящейся жидкости

Задача № 1. Исходные данные (см. рисунок 8 а).

Определить избыточное давление на свободной поверхности объема воды в герметично закрытом резервуаре, если показание пьезометра h = 0,4 м.

Задача № 2. Исходные данные (см. рисунок 9 а).

Определить разность давлений Δp в двух напорных трубопроводах, если их центры расположены на расстоянии z = 0,5 м, а разность уровней рабочей жидкости (ртути) в дифманометре h = 0,2 м. Трубопроводы транспортируют воду.

1 – герметично-закрытый неподвижный резервуар, заполненный жидкость с плотностью в ;

2 – пьезометр (жидкостный манометр, в котором рабочей жидкостью является жидкость, содержащаяся в сосуде, где измеряется давление; открытая с двух концов трубка относительно малого диаметра)

Рисунок 8 а – Исходные данные к задаче № 1

1 – напорные трубопроводы для транспортирования жидкости; 2 – жидкостный дифференциальный

манометр (дифманометр) с рабочим телом плотностью рт

Рисунок 9 а – Исходные данные к задаче № 2

14

1 – герметично закрытый неподвижный резервуар, заполненный жидкостями с М и в ;

2 – механический манометр;

3 – механический вакуумметр

Рисунок 10 а – Исходные данные к задаче № 3

Задача № 3. Исходные данные (см. рисунок 10 а).

Определить общую высоту двух слоев разнородных жидкостей (масла и

Возможно решение задачи другим способом: посредством пересчета давлений при переходе от точек 1 и 2 к точке 3.

Эп-Эп – плоскость равных давлений (эквипотенциальная поверхность);

(·)1 – размещена на свободной поверхности объема воды;

(·)2 – размещена в объеме воды, который содержится в пьезометре;

hизб0 – пьезометрическая высота,

измеренная от точки объема свободной поверхности

Рисунок 8 б – Расчетная схема к задаче № 1

h – дополнительное измерение (временное, т.е. не входящее в конечную расчетную формулу);

(·) 1 и (·) 2 – размещены в объеме ртути

Рисунок 9 б – Расчетная схема к задаче № 2

16

– вакуумметрическая высота от

свободной поверхности в объеме масла до пьезометрической плоскости P-P;

– пьезометрическая высота от плоскости P-P до дна резервуара

Рисунок 10 б – Расчетная схема к задаче № 3 2) Определение силы давления, действующей на плоские стенки Задача № 4. Исходные данные (см. рисунок 11 а).

Прямоугольный поворотный щит шириной B = 4 м и высотой H = 4,5 м

необходимую для открытия щита; 2) силу PA , с которой щит прижимается к

l2 hD2 (H H2 ) 2,1 (4,5 3,2) 3,4 м;

18

2.МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1.Описание лабораторного стенда «Гидростатика – М3»

Схема лабораторного стенда представлена на рисунке 12.

Спецификация и функционально-морфологическая характеристика

структурных частей стенда:

- Б1 – накопительный (буферный) негерметичный бак; WБ1 = 50л (рабочий объем 30…40 л, уровень воды по Ур.1 – 230 ± 30мм);

- Б2 – герметичный бак; W Б2 = 16л; p0изб 40 кПа; p0вак ( )7 кПа; p0изб создается либо нагнетанием воды от H1 при закрытом ДР1, либо нагнетанием воздуха от H2;

-Ур.1, Ур.2 – уровнемеры для баков Б1 и Б2;

-H1 – центробежный насос;

-H2 – вакуумнасос/компрессор;

-П1, П2 – блок дополнительных пьезометров;

-М1…М4 - пьезорезестивные датчики давления с отображением результатов измерения ( pизб и pвак = pизб ) на цифровых табло, кПа. Перед

снятием показаний измерителей-индикаторов следует дождаться окончания гидравлических переходных процессов.

-ДС1…ДС3 – датчики силы, Н;

-КР1…КР4 – краны шаровые;

-Ф – фильтр очистки воды;

-ДР1, ДР2 – дроссели (шайбы, заслонки, вентили);

-З1 – задвижка;

-Измерительно-управляющий блок: дисплеи М1…М4 и ДС1…ДС3, Вкл. общего эл/питания и H1, H2.

Последовательность действий при запуске и отключении установки (при

создании в Б2 p0изб ):

-открыть КР1, З1, КР3, ДР2;

-вкл. электропитание системы управления и H1;

20

-заполнить бак Б2 до max уровня (отслеживать по Ур.2);

-по достижении этого уровня закрыть З1, выкл. H1;

- вкл. H2, закрыть ДР2 и контролировать p0изб по показаниям датчика М1; - по достижении табличных значений pМ1 выполнить замеры параметров (по регламенту таблицы оформления эксперимента);

-выкл. H2 и электропитание системы управления;

-открыть КР2, ДР2.

Схемы оперативных гидравлических связей для отдельных лабораторных работ представлены на рисунке 13 и рисунке 14.

2.2. Экспериментальное определение сил давления жидкости на плоскую прямоугольную стенку (лабораторная работа № 1)

работает в режиме компрессора.

Запуск и отключение установки выполняются согласно рассмотренной выше последовательности действий. В ходе эксперимента заполняется табл. 1. По первичным данным строится эпюра избыточного гидростатического давления и производятся расчеты.

Для оформления таблицы эксперимента требуется рассчитать:

- Экспериментальную равнодействующую сил давления на плоскую стенку

PЭ RДС1 RДС 2 RДС 3

- Экспериментальную силу давления