Меню

В замкнутом сосуде абсолютное значение давления среды

Задачу которую никто не может решить. Так ли это? Как измениться давление воды в замкнутом сосуде при его нагреве?

Добрый день наш уважаемый читатель. Получая часто вопросы от наших клиентов в 90% процентов из всех случаев, мы даем быстрые, четкие и грамотные ответы нашему собеседнику. Дело в том, что нашего богатого опыта работа отлично хватает чтобы закрыть потребности среднестатистического клиента или спикера.

Развернуто и не очень мы уже отвечали в нашем блоге людям на следующие вопросы:

Поставленная задача

Сейчас перед нами встала следующая задача вот такого содержания: есть сосуд с неизменяемым объемом жидкости внутри него. Предположим, что сосуд состоит из обыкновенного железа, например, возьмем простой накопительный бойлер (V = 50 литров). Начальное давление в системе 2 атмосферы, начальная температура воды Т1 = 17 градусов цельсия, конечная температура после нагрева Т2 = 57 градусов цельсия. Исходные параметры могут быть разные, но конечная задача, на которую нужно получить ответ будет следующая: какое давление будет в закрытом сосуде при нагреве воды до указанной температуры Т2, если учесть, что краны на сосуде (вход и выход) находятся в положении закрыто, и начальный объем не изменяется. Давление можно снимать (измерять) при помощи встроенного или выносного трубного манометра. Расширительного бака нет. Все для эксперимента.

Закон и формула Шарля

Начав решать эту задачу, каждый может прибегнуть к такому ответу: « да ладно, это же задачка за 7 класс , тут нужно применять формулу известного физика Шарля, Вы что учебник физики не читали?». Далее следует решение:

Формула: (273+t2)/(273+t1)=коэффициент увеличения давления от исходного.

1.13 умножаем на 2 получаем что давление будет равно 2.26 после нагрева жидкости с 17 до 57 на 40 единиц.

Ну дела, вот же решение, зачем страдать дальше? Но нет друзья, это решение конечно же хорошее – но применимо только для изохорных идеальных газов , но не в коем случае не для жидкости, представленной у нас на примере воды.

Едем дальше изучая попутно других известных святил физики, и в оуля мы натыкаемся на еще одно решение.

Для расчетов берем исходные данные из чего изготовлен сосуд, у нас это железо. Коэффициент объёмного расширения железа стабильно одинаковый, берем за основу среднее значение 0,000036, а вот коэффициент объема воды изменяется в зависимости от ее нагрева. Примерно 0,00015 при 20 градусах цельсия и 0,00045 при 60 градусах цельсия. Среднее значение путем сложения из двух данных получаем 0,00030.

Чтобы посчитать объем во сколько увеличиться объем в сосуде воспользуемся формулой: 1 + коэффициент расширения железа * (t2-t1).

В цифрах будет выглядеть так: 1 + 0,000036 * (57 — 17) = 1.002;

В качестве информационной нагрузки узнаем еще на сколько бы увеличился V воды если бы она была вне сосуда: 1 + 0,0003 * (57 — 17) = 1,012. Далее все упирается на сколько же прочный Ваш сосуд и не раздует ли его при повышении давления.

Чтобы узнать процентное увеличение объема воды с воздействием на сосуд воспользуемся следующей формулой подставим все цифры: 1,012 / 1,002 * 100 — 100 = 1 %.

Обратившись к учебнику физики, мы узнаем, что при давлении каждой атмосферы объем воды уменьшается на 0,000006. Например, 50 литров, при одной атмосфере сожмется на 0,001 и будет 49.999. Зато по сравнению с газами сжимаемость жидкостей действительно ничтожна: в десятки тысяч раз меньше.

Если объём воды при 2 атм = 50 литров, то при 500 атм объём станет примерно на 1 литр меньше. (разница в двух числах 2%).

1%/2% * 500 = 250 атмосфер, то значение при котором по идее должно разорвать Ваш бак и то давление которое будет у вас при нагреве. Честно, считаем это какой-то бред и не он никак не сочетается с реальными жизненными показателями, полученными в ходе эксперимента.

Изучав дальше интернет и опираясь на наши знания всех из коллег нашего отдела было перепробовано масса различных вариантов и изучено мнений других людей, которые потом можно было бы использоваться для выявления формулы по нашей задаче:

Вода при нагревании увеличивается в объеме до 4%, т.е. 50 наших литров должны превратиться в 52 литра за счет ее расширения, но применить данную теорию в нашем вопросе нам пока не удалось. Мы даже изучили соотношение плотности льда к плотности воды и поняли объем в этом случае увеличивается на 11 процентов.

Есть мнение (алгоритм) с нашей стороны что ни одну из формул применить тут нельзя, так как в баке или бойлере представленным нами невозможно заполнить его на все 100% жидкостью , какую часть в одной жидкости все равно будет составлять воздух, который в этом случае будет работать как расширительный бак и возможно поэтому те 800 атмосфер которые получаются у разных людей нормализуются тем количеством воздуха который содержаться в сосуде.

Если Вы физик или технически подкованный человек , разбираетесь в данном вопросе и готовы разрешить наш спор и получить ответ на поставленную задачу — ждем Ваших решений под этой записью в комментариях.

Со своей стороны хотим так же сказать, что при проведении реального эксперимента и нагрева воды в бойлере с 18-20 градусов до 50, давление поднялось по манометру с 1.5 очков (бар, атмосфер) примерно и до 5 бар.

Спасибо за проявленный труд, терпение и прочтение данной статьи. Надеемся что этот вопрос решится в ближайшее время и мы найдем грамотный ответ.

Всего Вам доброго и приятного дня.

Другие полезные записи в блоге — только для Вас!

  • Котел КСУВ наружного размещения. Почему он является лучшим из всех? Технические особенности, выбор большинства организаций. Котельная больше не нужна. Устанавливай прямо со зданием.
  • История на «миллион», как мы помогли ДОЛ «Лесное озеро». Крупный DIY проект России, сделай сам!
  • Тепловой пункт: какой промышленный котел выбрать?
  • Наглядный ремонт КЧМ руками наших специалистов.
  • ОАО «Кировский завод» банкрот. Какая судьба ожидает котлы КЧМ-5, КЧМ-5К, КЧМ-7 Гном?
  • Почему в котлах КЧМ-5К не используются колосники? Техническая информация и не только.
  • Все основные запасные части к котлу КЧМ, артикулы, описание и много полезной информации.
  • Лемакс — лучшее соотношение цена/качество в бытовых котлах.
  • 1000 колосников на складе компании МОНТАЖНИК — новый завоз.
  • Что такое колосник? Расскажем все очень подробно.
  • Почему котлы ИШМА покупают 90 из 100 клиентов. Лучшее соотношение цены-качества.
  • Лучший конкурент котла Buderus, Valliant, Protherm — это Кентатсу (Kentatsu) — или как мы его называем один в поле ВОИН! А так же там мы ответили на вопрос, что лучше русский КЧМ или Турецкояпонский гигант?
  • Полная подробная инструкция по монтажу промышленных котлов
  • Посмотреть все статьи и новости
Читайте также:  Направление смещения равновесия при увеличении общего давления

Наши отправки (отгрузки), услуги и выполненные работы:

  • Котлы Rossen RS-A 100 кВт успешно доставлены в Актобе (Казахстан) — часть 1
  • Котел ФЕНИКС на 100 кВт успешно доставлен в Волгоград — часть 2. Собственная разработка. Уже более 2 лет делаем собственные котлы наружного размещения пользующиеся большим спросом.
  • Котел КСВа-0.25 мВт (250 кВт) успешно доставлен в Тамбов — часть 3. Школа готова к отопительному сезону!
  • Котлы КСУВ-500 успешно доставлены в г. Красный Сулин — часть 4. Теперь в больнице будет тепло!
  • Тыловая фронтальная секция КЧМ-5К успешно отправлена в г. Сыктывкар — часть 5.
  • Секция Факел-1Г задняя успешно отправлена в г. Пенза — часть 6.
  • Котлы КСУВ-30 успешно доставлены и смонтированы в г. Ростов на Дону.
  • Отличия между котлами промышленными чугунными У-5,6 и У-5М,6М. Отгрузка 78 секций нашему постоянному клиенту из г. Москвы.
  • Секция КЧМ-5К передняя успешно доставлена клиента в г. Воронеж ТК ПЭК. Постоянно в наличии — отличные цены для Вас. Отгрузка от 1 до 2 рабочих дней.
  • Крышная котельная на основе Rossen RS-A 500 в г. Брянск. Поставка и монтаж.

Статьи посвященные нашим отгрузкам не только поднимают наш авторитет как считаем мы, но они направлены на увеличение доверия со стороны потенциальных клиентов . Нам нечего скрывать — мы делимся с Вами своими продажами и успехами. У нас нет скрытых продаж и ухода от налогов. Мы стараемся делать наше с Вами сотрудничество и работу максимально прозрачными . Мы хотим чтобы Вы доверяли нашей команде!

Источник

2 Давление в покоящейся жидкости

2.1 Определить избыточное давление воды в трубе В, если показание манометра рм=0,025 МПа. Соединительная трубка заполнена водой и воздухом, как показано на схеме, причем Н1=0,5 м; Н2=3 м.
Как изменится показание манометра, если при том же давлении в трубе всю соединительную трубку заполнить водой (воздух выпустить через кран К)? Высота Н3=5 м.

Ответ: рВ=0,05 МПа, рм=0.

2.2 (Вариант 69) U-образный ртутный манометр, показание которого hрт, присоединен к сосуду (рис.1), заполненному бензином ρбенз=700 кг/м³; уровень масла над ртутью hм.

Определить показание пружинного манометра (обозначение буквой М), установленного на крышке резервуара и абсолютное давление рабс паров на поверхности бензина, а также возможную высоту уровня бензина в пьезометре hр при условии, что известны: высота h от места установки манометра до свободной поверхности бензина; высота a от места установки манометра до плоскости уровня O-O и высота H от плоскости уровня O′-O′ до места установки пьезометра; принять плотность ртути ρрт=13,6·10³ кг/м³; плотность масла ρмас=820 кг/м³; атмосферное давление ра=98 кПа.

Таблица 1 — Исходные данные

hрт, м hм, м h, м а, м Н, м
0,12 0,25 0,8 0,11 0,9

Ответ: рабс=109772 Па, рман=11772 Па, hр=2,614 м.

Варианты задачи: 19, 18.

2.3 С целью замера высоты уровня жидкости в открытом резервуаре установлена вертикальная труба с открытым нижним концом, который почти доходит до днища. Сверху в трубу с очень малой скоростью поступает воздух, по давлению которого и судят о положении уровня свободной поверхности жидкости. Вычислить высоту H уровня жидкости над нижним обрезом трубы, если избыточное давление воздуха h=521 мм рт. ст., а плотность жидкости ρsub>ж=1190кг/м³.ж=1190кг/м³.» width=»232″ height=»186″ srcset=»http://zadachi24.ru/wp-content/uploads/2015/09/gidro_2.3-300×241.png 300w, http://zadachi24.ru/wp-content/uploads/2015/09/gidro_2.3.png 848w» sizes=»(max-width: 232px) 100vw, 232px»/>

Ответ: Н=5,950 м.

2.4 В замкнутом сосуде абсолютное значение давления среды рабс составляет 109,6 кПа, при этом установленный снаружи сосуда барометр показывает давление рбар=100,9 кПа.

Определить избыточное давление в сосуде.

Ответ: избыточное давление в сосуде составляет ризб=8,7 кПа.

2.5 Два горизонтальных цилиндрических трубопровода A и B содержат соответственно минеральное масло плотностью 900 кг/м³ и воду плотностью 1000 кг/м³. Высоты жидкостей, представленные на рис.1, имеют следующие значения: hм=0,2 м; hрт=0,4 м; hв=0,9 м. Зная, что гидростатическое давление на оси в трубопроводе А равно 0,6·10 5 Па, определить давление на оси трубопровода В.

Ответ: рВ=1,063·10 5 Па.

2.6 В U — образную трубку налиты вода и бензин. Определить плотность бензина, если hб=500 мм; hв=350 мм. Капиллярный эффект не учитывать.

Ответ: ρб=700 кг/м³.

2.7 В сообщающиеся сосуды налиты вода (ρ=1000 кг/м³) и бензин. Определить плотность бензина, если высота столба воды h=150 мм, а разность жидкости в сосудах а=60 мм.

Ответ: ρб=714 кг/м³.

2.8 Определить абсолютное давление воздуха в баке р1, если при атмосферном давлении, соответствующем hа=760 мм рт.ст., показание ртутного вакуумметра hрт=0,2 м, высота hрт=1,5 м.

Каково при этом показание пружинного вакуумметра? Плотность ртути 13600 кг/м³.Ответ: ρб=714 кг/м³.

2.9 Определить абсолютное давление воды в трубопроводе, если U-образный ртутный манометр показал перепад Δh=0,5 м. Атмосферное давление ратм=100 кПа, высота водяного столба hст=1,36 м (рис.1). Плотность ртути ρрт=13550 кг/м³.

Ответ: рабс=350 мм рт.ст.

2.10 Определить избыточное и абсолютное давления в точке, расположенной на дне открытого резервуара, если уровень жидкости в резервуаре h=2 м, а плотность жидкости ρ=1000 кг/м³. Атмосферное давление ра=0,1 МПа.

Ответ: рабс=0,12 МПа, ризб=0,01 МПа.

Источник

УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ. При решении задач на тему гидростатического давления необходимо различать и не

При решении задач на тему гидростатического давления необходимо различать и не смешивать понятия абсолютного давления РА, избыточного давления Р, вакуума РВАК , знать взаимосвязь между давлением (Па) и соответствующей ей пьезометрической высотой (h), уяснить понятие напора, знать закон Паскаля и свойства гидростатического давления.

Читайте также:  Гост штуцера для рукавов высокого давления

При определении давления в точке объема или на точку площадки используется основное уравнение гидростатики (1.1.13).

При решении задач с системой сосудов необходимо составить уравнение абсолютных давлений, обеспечивающих неподвижность системы, т.е. равенства нулю алгебраической суммы всех действующих давлений. Уравнение составляется для какой — либо поверхности равного давления, выбранной в качестве поверхности отсчета.

Все единицы измерения величин следует принимать в системе СИ: масса – кг; сила – Н; давление – Па; линейные размеры, площади, объемы – м, м 2 , м 3 .

ПРИМЕРЫ

Пример 1.1.1. Определить изменение плотности воды при ее нагревании от t1= 7 о С до t2 = 97 о С, если коэффициент температурного расширения bt =0,0004 о С -1 .

Решение. При нагревании удельный объем воды увеличивается от V1 до V2.

По формуле (1.1.1) плотность воды при начальной и конечной температурах составляет:

Так как масса воды постоянна, то изменение плотности выражается:

Из формулы (1.4) увеличение объема воды , тогда

Примечание: изменение плотности жидкости при сжатии определяется аналогично с использованием коэффициента объемного сжатия по формуле (1.1.2). При этом V2 = V1 — DV.

Пример 1.1.2. Определить объем расширительного бачка системы водяного охлаждения вместимостью 10 литров при нагревании от температуры t1 = 15 о С до t2 = 95 о С при давлении, близком к атмосферному.

Решение. Без учета коэффициента запаса объем бачка равен дополнительному объему воды при температурном расширении. Из формулы (1.1.4) увеличение объема воды

.

Плотности воды принимаем по таблице 1: r1 = 998,9 кг/м 3 , r2 = 961,8 кг/ м 3 . Коэффициент температурного расширения определяем по формуле (1.1.5):

Первоначальный объем V =10л = 10 . 10 -3 м 3 = 0,01 м 3 .

Дополнительный объем воды:

DV = 10 . 10 -3 (95 -15) 0,46 . 10 -3 = 368 . 10 -6 м 3 = 0,368 л

Пример 1.1.3. В охлаждаемом сосуде газ, имеющий первоначальное давление Р1 = 10 5 Па. и занимающий объем V1 = 0,001 м 3 , сжимается до давления Р2 = 0,5 . 10 6 Па. Определить объем газа после сжатия.

Решение. В случае охлаждаемого сосуда процесс является изотермическим (t = const) при котором уравнение состояния газа (1.1.8) принимает вид:

Откуда определяем объем газа после сжатия

V2= Р1 V1 / Р2 = 1 . 10 5 . 0.001 / 0,5 . 10 6 = 0,0002 м 3 =0,2 л.

Пример 1.1.4. Определить объем воды, который необходимо дополнительно подать в трубопровод диаметром d = 500 мм и длиной L = 1км, заполненный водой перед гидравлическим испытанием при атмосферном давлении и температуре t = 20 о С, для повышения давления в нем на DР = 5 . 10 6 Па. Материал труб считать абсолютно жестким.

Решение. Для определения дополнительного объема воды, который необходимо подать используем соотношение (1.1.2):

=

Первоначальный объем воды в трубопроводе равен объему трубопровода:

Приняв по справочным данным модуль объемной упругости воды

Е = 2 . 10 9 Па, определяем коэффициент объемного сжатия:

bV = 1 /Е = 1 / 2 . 10 9 = 5 . 10 -10 , Па -1

Преобразовывая соотношение (1.1.2) относительно DV, получаем:

Выражая DV, получаем искомый дополнительный объем:

Пример 1.1.5. Определить среднюю толщину отложений dОТЛ в трубопроводе внутренним диаметром d = 0,3 м и длиной L = 2 км, если при выпуске воды в количестве DV =0,05 м 3 давление в нем падает на величину DР = 1 . 10 6 Па.

Решение. Взаимозависимость изменения объема и давления воды характеризуется модулем объемной упругости.

Принимаем: Е = 2 . 10 9 Па.

Из формул (1.1.2) и (1.1.3) находим объем воды в трубопроводе с отложениями:

Этот же объем равен вместимости трубопровода:

Откуда определяем средний внутренний диаметр трубы с отложениями

Средняя толщина отложений составляет:

Пример 1.1.6. Вязкость нефти, определенная по вискозиметру Энглера, составляет 8,5 о Е. Вычислить динамическую вязкость нефти, если ее плотность r = 850 кг/м 3 .

Решение. По эмпирической формуле Убеллоде (1.1.9) находим кинематическую вязкость нефти:

n = (0,0731 о Е – 0,0631 / о Е) 10 -4 =

= (0,0731 . 8,5 – 0.0631/8,5) = 0,614 . 10 -4 м 2 /с

Динамическую вязкость находим из соотношения (1.1.7):

m = n r = 0,614 . 10 -4 . 850 = 0,052 Па . с.

Пример 1.1.7. Определить высоту подъема воды в капиллярной трубке диаметром d = 0,001 м при температуре t = 80 О С.

Решение. По справочным данным находим:

плотность воды при температуре 80 О С r = 971,8 кг/м 3 ;

поверхностное натяжение воды при температуре 20 О С sО = 0,0726 Н/м;

коэффициент b = 0,00015 Н/м О С.

По формуле (1.1.11) находим поверхностное натяжение воды при температуре 80 О С:

s = sО — b Dt = 0,0726 – 0,00015 . (80 -20) = 0,0636 Н/м

По формуле (1.1.12) изменение поверхностного давления, определяющего высоту капиллярного поднятия hКАП, составляет:

РПОВ = 2s / r или r g hКАП = 2s / r ,

откуда находим высоту подъема воды в трубке:

hКАП = 2 s / r g r = 2 . 0,0636 / 971,8 . 9,81 . 0,0005 =

= 0,1272 / 4,768 = 0,027 м =2,7 см.

Пример 1.1.8. Определить абсолютное гидростатическое давление воды на дно открытого сосуда, наполненного водой. Глубина воды в сосуде h = 200 см. Атмосферное давление соответствует 755 мм рт. ст. Температура воды 20 о С. Выразить полученное значение давления высотой ртутного столба (rРТ = 13600 кг/м 3 ) и водного столба.

Решение: По основному уравнению гидростатики для открытого резервуара абсолютное давление в любой точке объема определяется по формуле (1.1.14):

По таблице 1 принимаем плотность воды при температуре 20 о С:

Переводя единицы измерения атмосферного давления и глубины воды в сосуде в систему СИ, определяем абсолютное давление на дне сосуда:

РА = 755 . 133,322 + 998.23 . 9,81 . 2 =

= 100658 + 19585 = 120243 Па =120,2 КПа

Находим соответствующую высоту ртутного столба:

hА = Р/ rРТ g =120243 /13600 . 9,81 = 0, 902 м.

Находим высоту водного столба, соответствующую данному абсолютному давлению:

hА = РА / r g = 120243 / 998,23 . 9,81 = 12, 3 м.

Это означает, что если к уровню дна сосуда присоединить закрытый пьезометр (трубку, в которой создан абсолютный вакуум), то вода в нем поднимется на высоту 12,3 м. Давление этого столба воды уравновешивает абсолютное давление, оказываемое на дно сосуда жидкостью и атмосферным давлением.

Пример 1.1.9. В закрытом резервуаре с водой давление на свободной поверхности РО =14,7 . 10 4 Па. На какую высоту Н поднимется вода в открытом пьезометре, присоединенном на глубине h = 5 м. Атмосферное давление соответствует hа = 10 м вод. ст.

Решение. Для решения данной задачи необходимо составить уравнение равенства абсолютных давлений со стороны резервуара и со стороны пьезометра относительно выбранной плоскости равного давления. Выберем плоскость равного давления 0-0 на уровне свободной поверхности в резервуаре.

Абсолютное давление со стороны резервуара на выбранном уровне равно поверхностному давлению:

Читайте также:  Артериальное давление с точки зрения физики

Абсолютное давление на том же уровне со стороны жидкости в пьезометре складывается из атмосферного давления Ра и давления воды высотой h1:

Так как система находится в равновесии (покое), то абсолютные давления со стороны резервуара и со стороны пьезометра уравновешиваются. Приравнивая правые части равенств (1) и (2), получим:

Величина атмосферного давления в системе СИ составляет:

Ра = 9,806 . 10 000 мм = 9,806 . 10 4 Па.

Находим высоту превышения уровня воды в пьезометре над выбранной плоскостью равного давления:

h1 = (РО — Ра ) / r g = (14,7 . 10 4 — 9,806 . 10 4 ) /1000 . 9,81 = 5 м.

Это превышение не зависит от точки подключения пьезометра, так как давления столбов жидкости высотой h ниже плоскости сравнения слева и справа взаимно компенсируются.

Общая высота воды в пьезометре больше высоты h1 на глубину погружения точки присоединения пьезометра. Для данной задачи

Н = h1 + h = 5 + 5 = 10 м.

Примечание: аналогичный результат можно получить, выбрав в качестве плоскости равного давления уровень подключения пьезометра.

Пример 1.1.10. Построить эпюру абсолютного давления жидкости на ломаную стенку в открытом резервуаре.

Решение. Абсолютное давление в случае открытого резервуара определяется по формуле (1.1.14):

РА = Ра + r g h, т.е. избыточное давление в каждой точке увеличивается на величину поверхностного давления (закон Паскаля).

Избыточное давление определяется:

в т. С: Р = r g . 0 = 0

Отложим значение избыточного давления в точке В по нормали к стенке СВ и соединим с точкой С. Получим треугольник эпюры избыточного давления на стенку СВ. Для построения эпюры абсолютного давления в каждой точке необходимо добавить значение поверхностного давления (в данном случае атмосферного).

Аналогично ведется построение эпюры для отрезка АВ: Отложим значения избыточного давления в точке В и в точке А в направлении нормали к линии АВ, соединим полученные точки. Абсолютное давление получаем, увеличивая длину вектора на величину, соответствующую атмосферному давлению.

Пример 1.1.11. Определить абсолютное давление воздуха в сосуде с водой, если показание ртутного манометра h = 368 мм, Н = 1 м, плотность ртути rРТ =13600 кг/м 3 . Атмосферное давление соответствует 736 мм рт.ст.

Выберем свободную поверхность ртути в качестве поверхности равного давления. Атмосферное давление на поверхности ртути уравновешивается абсолютным давлением воздуха в сосуде РА, давлением столба воды высотой Н и столба ртути высотой h.

Составим уравнение равновесия и определим из него абсолютное давление воздуха (переводя все единицы в систему СИ):

= 736 . 133,3 — 1000 . 9,81 . 1 — 13600 . 9,81 . 0,368 = 39202 Па

Так как абсолютное давление воздуха в сосуде меньше атмосферного, то в сосуде имеет место вакуум, равный разности атмосферного и абсолютного давлений:

РВАК = Ра – РА = 736 . 133,3 — 39202 = 58907 Па = 59 КПа.

Примечание: тот же результат можно получить, выбрав в качестве поверхности равного давления свободную поверхность воды в сосуде или поверхность раздела воды и ртути.

Пример 1.1.12. Определить избыточное давление РО воздуха в напорном баке по показаниям батарейного ртутного манометра. Соединительные трубки заполнены водой. Отметки уровней даны в м. Какой высоты должен быть пьезометр для измерения этого давления?

Решение. Избыточное давление РО = РА – Ра в баке уравновешивается давлением столбов ртути и воды в манометре.

Давления взаимно уравновешивающихся высот на участках изгиба манометра из рассмотрения исключаем. Суммируя (с учетом направления действия давления) показания манометра от открытого конца до уровня свободной поверхности, составим уравнение равновесия:

= rРТ g (1,8 – 0,8 +1,6 – 0,6) — rВ g (1,6 – 0,8 + 2,6 – 0,6) =

=13600 . 9,81 . 2 – 1000 . 9,81 . 2.8 = 239364 Па = 0,24 МПа

Из формулы (1.16) находим высоту столба воды, соответствующую избыточному давлению РО:

hИЗБ = РО / rВ g = 0,24 . 10 6 / 1000 . 9,81= 24,5 м

Высота пьезометра выше на величину превышения свободной поверхности воды в баке над плоскостью с нулевой отметкой:

Н = hИЗБ + 2,6 = 27,1 м.

Пример 1.13. Определить толщину s стальной стенки бака диаметром D = 4 м для хранения нефти (rН = 900 кг/м 3 ) при высоте слоя нефти Н = 5 м. Давление на поверхности нефти РО = 24,5 . 10 4 Па. Допустимое напряжение на растяжение материала стенки s = 140 МПа.

Решение. Расчетная толщина стенки круглого бака (без коэффициента запаса) определяется из условия сопротивления максимальному избыточному давлению. Атмосферное давление в баке не учитывается, так как оно компенсируется атмосферным давлением с внешней стороны бака.

Максимальное избыточное давление Р стенка испытывает у дна:

= 24,5 . 10 4 + 900 . 9,81 . 5 – 10 . 10 4 = 18,91 . 10 4 Па

Расчетная толщина стенки определяется по формуле:

Пример 1.1.14.Определить перепад давлений воды в вертикальном трубном кольце, если в точке А она нагревается до температуры t1 = 95 о С, а в точке В остывает до t2 = 70 о С. Расстояние между центрами нагревания и охлаждения h1 = 12 м.

Решение. Перепад давлений обусловлен разностью гидростатических давлений столба горячей воды в левой трубе и остывшей воды в правой трубе.

Давления столбов воды высотой h2 в левой и правой трубах взаимно уравновешиваются и в расчете не учитываются, так как температура воды в них и, соответственно, плотность, одинаковы. Аналогично исключаем из расчета давления в левом и правом стояках высотой h3.

Перепад давлений составляет:

Принимаем по справочным данным (таблица 1) плотности воды при температуре t1 = 95 о С и t2 = 70 о С: rГ = 962 кг/м 3 , rО = 978 кг/м 3

Находим разность давлений

DР = g h1 (r2 — r1) = 9,81 . 12 (978 –962) = 1882 Па.

Пример 1.1.15. а) Определить избыточное давление воды в трубе, если РМАН = 0,025 МПа, Н1 = 0,5 м, Н2 = 3 м.

б)Определить показания манометра при том же давлении в трубе, если вся трубка заполнена водой, Н3 =5 м.

а)Решение. Избыточное давление в трубе уравновешено поверхностным давлением РО = РМАН в точке подключения манометра и системой столбов воды и воздуха в трубке. Давлением столбов воздуха можно пренебречь ввиду незначительности.

Составим уравнение равновесия с учетом направления давления столбов воды в трубке:

= 0,025 + 1000 . 9,81 . 10 -6 (3 – 0,5) = 0,025 + 0,025 = 0,05 МПа

б) Решение. Уравнение равновесия для данного случая

откуда РМАН = Р — rВОД g Н3 = 0,05 — 1000 . 9,81 . 10 -6 . 5 = 0,05 – 0,05 = 0 МПа.

Источник

Adblock
detector