Методические указания по организации и проведению практической работы «Сила давления жидкости на стенку»

Практическая работа

Сила давления жидкости на стенку.

Цель работы: Формирование компетенции проектирования и выбора сосудов и баков на основе определения силы давления жидкости на стенки и дно сосудов.

Задачи:

1. Сформировать умение рассчитывать силу давления жидкости на стенки и дно сосудов с применением основных законов гидростатики;

2. Способствовать формированию проектировочной компетенции в части поиска и использования информации, необходимой для определения параметров жидкости при гидравлическом расчете баков и сосудов, находящихся под давлением;

3. Научиться оценивать реальность полученных результатов.

Краткие теоретические сведения

Для решения практических задач приходится строить эпюры гидростатического давления, представляющие собой графическое изображение распределения гидростатического давления на плоские прямоугольные поверхности.

Построение эпюр позволяет определить суммарное давление жидкости на стенки при расчётах плотин, подпорных стенок, резервуаров и других сооружений имеющих плоские или криволинейные поверхности.

Р ассмотрим случай определения гидростатического давления на плоскую вертикальную стенкуАБ шириной b, на которую давит жидкость высотой h (рис.4.1)

Воспользуемся основным уравнением гидростатики , характеризующим распределение гидростатического давления по глубине и являющимся уравнением прямой.

Следовательно, для построения эпюры гидростатического давления, действующего на стенку, достаточно знать две точки.

Избыточное давление на поверхности равно 0, т.к. Р_абс=Р_о

У дна резервуара избыточное давление равно Р_абс=γh

Приняв за начало координат точку О, и отложив в выбранном масштабе из точкиВ величину γh (согласно 1-му свойству гидростатического давления), соединим полученную точку С и точку О прямой линией.

ТреугольникОВС с векторами сил давления называетсяэпюрой избыточных давлений на плоскую вертикальную стенку.

Сила полного гидравлического давления на стенку равна произведению площади эпюры давления на ширину стенки b, т.е.:

S– площадь стенки, м²;

– центр тяжести площади стенки;

- вес жидкости, .

Точку приложения равнодействующей гидростатического давления на плоские поверхности (точка Е рис.4.1) называют центром давления,h_д.

Центр давления не совпадает с центром тяжести, а находится несколько ниже него (на величину, равную отношению момента инерции площади стенки относительно центральной оси к статическому моменту этой площади). Порядок определения центра тяжести и центра давления некоторых плоских фигур приведен в таблице 4.8.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1

В бак высотой h, длиной b и шириной a налита вода, уровень которой ниже края на n см. Рассчитайте силы, с которыми вода действует на стенки шириной a, миb, м.

Данные вариантов приведены в таблице 1 приложения.

Задача 2

О пределить силу избыточного гидростатического давления (рис. 4.2), действующего на круглый щит диаметромd, см, который закрывает отверстие в вертикальной стенке, поддерживающей уровень воды в канале Н, м. Данные вариантов приведены в таблице 2 приложения.

Задача 3

О пределить силы давления на вертикальную стенку сосуда АВСD, полностью заполненного водой (рис. 4.3), и положение центра давления, если высота сосуда h, м, ширина верхнего основания L, м, ширина нижнего основания l, м. Данные вариантов приведены в таблице 3 приложения.

Задача 4

Определить силу F, необходимую для удержания вертикальной стенки шириной b, м и высотой H, м (рис. 4.4) при глубине воды слева h₁, м, справа h₂, м. Данные вариантов приведены в таблице 4 приложения.

Задача 5

И меется цилиндрическая цистерна с бензином диаметром D, м (рис. 4.5). Манометр показывает избыточное давление паров над свободной поверхностьюp_м, МПа. Определить силу давления на поверхность АВ и координату центра давления, если бензин налит до уровняH, м. Данные вариантов приведены в таблице 5 приложения. Данные по свойствам жидкостей приведены в таблице 9 приложения.Задача 6

Определить силу суммарного давления воды на плоский щит (рис. 4.6), перекрывающий канал шириной b, м, и усилие, которое необходимо приложить для подъема щита, если глубина воды в канале h, м, вес щита G, кН. Коэффициент трения щита по опорамf =0,25. Данные вариантов приведены в таблице 6 приложения.

Задача 7

О пределить результирующую силу давления на плоскую круглую поверхность А диаметром D, м и положение точки ее приложения (рис. 4.7). Показания манометра на закрытом резервуаре р_м, кПа. Высота жидкости от уровня поверхности до центра отверстия составляет H, м. Данные вариантов приведены в таблице 7 приложения.

Приложение к практической работе.

Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1

Таблица 2 - Исходные данные к задаче 2

Таблица 3 - Исходные данные к задаче 3

Таблица 4 - Исходные данные к задаче 4

Таблица 5 - Исходные данные к задаче 5

Таблица 6 - Исходные данные к задаче 6

Таблица 7 - Исходные данные к задаче 7

Таблица 8 - Координаты центра тяжести и центра давления некоторых плоских фигур

Таблица 9 - Физические свойства воды на линии насыщения

Литература

1. Брюханов О. В., Коробко В. И., Мелик-Аракелян А. Т. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2014

2. Калицун В. И. Основы гидравлики и аэродинамики: Учебник для техникумов и колледжей. – М.: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2012

3. Апальков А. Ф. Теплотехника: учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения.- Ростов н/Д: Феникс, 2011

4. Прибытков И. А. Теоретические основы теплотехники: Учебник для студентов учреждений сред. Проф. Образования- М.: Издательский центр «Академия»,2011

5. Беленков Ю. А. Задачник по гидравлике и гидропневмоприводу. –М.: Издательство «Экзамен», 2013

Дополнительные источники:

1. Костерев Ф. М.. Теоретические основы теплотехники. – М.: Энергоиздат

2. Ривкин С. Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергоатомиздат, 2010

3. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 2006

4. Рабинович О. М.. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 2000

5. Новиков П. П. Термодинамика. – М.: Машиностроение, 2002

6. Краснощеков Е. А.,Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1998

7. Жабо В. В., Уваров В. В. Гидравлика и насосы: Учебник для техникумов. –М.: Энергоатомиздат,1984

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/517610-metodicheskie-ukazanija-po-organizacii-i-prov