Что такое эпюра давления

1.3. Эпюры гидростатического давления. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда

Графическое изображение распределения гидростатического давления по поверхности тела, погруженного в жидкость, называется эпюрой гидростатического давления. При построении эпюр гидростатического давления используются два основных принципа, вытекающие из свойств гидростатического давления:

• гидростатическое давление является векторной величиной. Вектор гидростатического давления направлен по нормали к поверхности тела, погруженного в жидкость;
• модуль вектора гидростатического давления определяется по уравнению (1.11) для построения эпюр абсолютного давления и (1.12) для построения эпюр избыточного гидростатического давления.

Для плоских прямоугольных стенок эпюры избыточного и абсолютного гидростатического давления имеют вид, представленный на рис. 1.14 и рис. 1.15. Равнодействующая элементарных сил гидростатического давления, действующих на какую-либо стенку, называется силой гидростатического давления. Рис. 1.14 Рис. 1.15 Сила гидростатического давления на площадку определяется произведением её площади на гидростатическое давление в центре тяжести площадки (рис. 1.16). (1.15) где P – сила гидростатического давления, Н; h_цт – глубина погружения центра тяжести фигуры, м;p_цт – гидростатическое давление в центре тяжести фигуры, Па. Рис. 1.16 Точка приложения силы Р называется центром давления. Координата центра давления для симметричных относительно осиN—N фигур определится из уравнения (1.16) где I₀ – момент инерции площади  относительно оси m—m. Значения I₀ и y_цт для некоторых фигур приведены в приложении 5. Сила гидростатического давления Р может быть определена графическим способом как произведение площади эпюры гидростатического давления на ширину стенки. (1.17) где S – площадь эпюры гидростатического давления, Н/м; b – ширина стенки, м. Сила давления проходит через центр тяжести эпюры гидростатического давления и направлена по нормали к поверхности. Сила избыточного гидростатического давления для плоских прямоугольных стенок, изображенных на рис. 1.14, может быть определена по формулам: Вертикальная стенка (1.18) Горизонтальная стенка (1.19) где  – площадь дна, м 2 . Наклонная стенка (1.20)

Закон Архимеда

Сила, с которой жидкость действует на погруженное в неё тело, равна весу жидкости в объёме погруженного тела и направлена вертикально вверх. (1.21) где R– выталкивающая сила, Н;  – плотность жидкости, кг/м 3 ; W – объём погруженного тела, м 3 . Задачи

1. Определить силу избыточного гидростатического давления на вертикальную стенку водонапорного бака шириной 5 м. В баке, размеры которого в плане составляют 45 м, находится 35 м 3 воды. Построить эпюру избыточного гидростатического давления на эту стенку.
2. Определить силу избыточного гидростатического давления на за-слонку, закрывающую отверстие в стенке резервуара (рис. 1.17). Резервуар заполнен нефтью  = 850 кг/м 3 . Размеры заслонки 1010 см. Высота слоя нефти до начала заслонки 6 м. Построить эпюру избыточного гидростатического давления на заслонку.

Рис. 1.17 Решение. Силу избыточного гидростатического давления определим графическим способом как произведение площади эпюры избыточного гидростатического давления (рис. 1.17б) на ширину заслонки Эпюра избыточного гидростатического давления имеет форму трапеции, площадь которой определяется как произведение полусуммы оснований на высоту где АВ = gh₁ = 8509,816 = 50,0310 3 Па – гидростатическое давление в точке А; СD = gh₂ = 8509,816,1 = 50,8610 3 Па – гидростатическое давление в точке В; ВС = h₂—h₁ = 6,1-6,0 = 0,1 м – высота трапеции. Тогда Сила избыточного гидростатического давления

1. Определить силу избыточного гидростатического давления на заслонку размерами a = 15 см, b = 20 см (рис. 1.17а), закрывающую отверстие в стенке резервуара с бензином плотностью  = 700 кг/м 3 . Высота слоя бензина до начала заслонки 7 м. Построить эпюру избыточного гидростатического давления.
2. Определить силу избыточного гидростатического давления на откос пожарного водоёма (рис. 1.18) шириной 8 м, если глубина воды в водоеме 3,5м, угол наклона откоса составляет 45. Построить эпюру избыточного гидростатического давления.

Рис. 1.18

1. Канал шириной 4 м и глубиной 3 м перегорожен щитом прямоугольной формы (рис. 1.19). Определить силу тяги, необходимую для подъ- ёма щита весом 15 кН, если коэффициент трения щита о поверхность пазов составляет 0,5.

Рис. 1.19 Решение. Сила тяги может быть определена как сумма веса щита G и силы трения щита о поверхность пазов Сила трения определяется как произведение силы нормального (в данном случае гидростатического) давления на коэффициент трения. Силу избыточного гидростатического давления определим графическим способом как произведение эпюры избыточного гидростатического давления на ширину стенки Тогда

1. Определить силу тяги, необходимую для подъёма щита весом 10 кН, который перегораживает канал глубиной 2 м. Ширина щита 3 м. Коэффициент трения щита о поверхность пазов 0,4 (рис. 1.19).
2. Определить силу избыточного гидростатического давления и центр давления на наклонную крышку, которая закрывает круглую трубу диаметром 1 м водовыпуска из пожарного водоема (рис. 1.20). Угол наклона крыши  = 60. Ось водовыпуска находится на глубине Н = 2 м.

Рис. 1.20 Решение. Силу давления на крышку определим аналитическим способом как произведение гидростатического давления в центре тяжести крышки на её площадь: Площадь крышки, имеющей форму эллипса где а и b – полуоси эллипса. Тогда Расстояние до центра тяжести эллипса Координата центра давления Момент инерции эллипса Тогда

1. Определить силу избыточного гидростатического давления и центр давления на наклонную крышку (рис. 1.21), если:

а) H = 3 м; d = 0,8 м;  = 45; б) H = 3,5 м; d = 0,9 м;  = 30; в) H = 4 м; d = 1,0 м;  = 50. Рис. 1.21

1. Определить силу избыточного гидростатического давления и центр давления на плоский затвор (рис. 1.21), которым перекрывается водовыпуск пожарного водоема. Глубина водоема 3 м, высота прямоугольного канала водовыпуска h = 1 м, ширина b = 0,8 м, угол наклона затвора к горизонту  = 30. Построить эпюру избыточного гидростатического давления на затвор.
2. Определить силу избыточного гидростатического давления на промежуточную вертикальную стенку пожарного резервуара шириной 6 м. Стенка разделяет резервуар на два отсека (рис. 1.22), уровень воды в первом отсеке 2 м, во втором – 1 м. Построить эпюру избыточного гидростатического давления.

Рис. 1.22

1. Для приведённых на рисунке 1.23 плоских прямоугольных фигур построить эпюры избыточного гидростатического давления.

Рис. 1.23

1. Для приведённых на рисунке 1.24 криволинейных стенок построить эпюры избыточного гидростатического давления.

Рис. 1.24

1. Определить минимальный диаметр шарового поплавка, который обеспечивает автоматическое закрытие клапана при наполнении резервуара (рис. 1.25), если а = 120 мм, b = 600 мм. Вода поступает в резервуар под давлением p = 1,510 5 Па по трубе диаметром 150 мм. Массой рычага, клапана и поплавка пренебречь.

Рис. 1.25

1. Плотность жидкости измеряется при помощи ареометра (рис. 1.26). Внешний диаметр трубки 20 мм, диаметр шарика с дробью 30 мм, масса ареометра 0,060 кг. Определить плотность жидкости, если глубина погружения в ней ареометра составляет h = 150 мм.

Рис. 1.26

1. Определить глубину погружения ареометра в жидкость плотностью 800 кг/м 3 (рис. 1.26), если внешний диаметр трубки 25 мм, диаметр шарика с дробью 40 мм, масса ареометра 0,080 кг.

Эпюры давления жидкости

Эпюра давления жидкости ¾ это графическое изображение рас­пре­деле­ния давления жидкости по твёрдой поверхности, соприкасающейся с ней. Примеры эпюр для плоских и кри­волинейных поверхностей при­ведены на рис. 3 и 4. Стрелками на эпюре по­казывают направление дей­ствия давления (вернее, направление нор­мальных напряжений, возни­кающих от действия давления, так как по 2-му свойству давление скалярно). Величина стрелки (ордината) откладывается в масштабе и количественно по­казывает величину давления. Эпюры давления служат исходными данными для проведения расчётов на прочность и устойчивость конструкций, взаимодействующих с жидко­стями: стенок пла­ва­тельных бассейнов, баков, резервуаров, цистерн. Рас­чёты ведутся мето­дами сопротивления материалов и строительной меха­ники. В большинстве случаев строят эпюры избыточного давления вместо по­л­ного,, а атмосферное не учитывают из-за его взаимного погашения с той и другой стороны ограждающей конструкции. При построении таких эпюр для плоских и криволинейных поверхностей (см. рис. 3 и 4) используют линейную за­висимость давления от глубины p_изб = gh и 1-е свойство гидростатического давления (см. с. 8).

Законы Архимеда и Паскаля

Практическое значение имеют два закона гидростатики: Архимеда и Па­скаля. Закон Архимеда о подъёмной (архимедовой) силе F_n , действую­щей на погружённое в жидкость тело, имеет вид , где V_m — объём жидкости, вытесненной телом. В строительной практике этот закон применяется, например, при расчёте подземных резервуаров на всплытие в обводнённых грунтах. На рис. 5 показан резервуар, часть которого расположена ниже уровня грун­то­вых вод (УГВ). Таким образом, он вытесняет объём воды, равный объёму его погружённой части ниже УГВ, что вызывает появление ар­химедовой силы F_п. Если F_п превысит собственный вес резервуара G_р, то конструк­ция может всплыть. Закон Паскаля звучит так: внешнее давление, приложенное к жид­кости, находящейся в замкнутом резервуаре, передаётся внутри жидкости во все её точки без изменения. На этом законе основано действие многих гид­равличе­ских устройств: гидродомкратов, гидропрессов, гидропривода ма­шин, тормозных систем автомобилей.

Гидростатический напор

Гидростатический напор H — это энергетическая характе­ри­стика покоящейся жидкости. Напор измеряется в метрах по высоте (вертикали). Гидростатический напор H складывается из двух величин (рис. 6): , где z — геометрический напор или высота точки над нулевой горизонтальной плоскостью отсчёта напора О-О; h_p — пьезо­метрический напор (высота). Гидростатический напор H характеризует потенциальную энергию жид­кости (её энергию покоя). Его составляющая z отражает энергию положения. Например, чем выше водонапорная башня, тем больший напор она обеспечивает в системе водопровода. Величина h_p связана с давлением. Например, чем выше избыточное давление в водопроводной трубе, тем больше напор в ней и вода поднимется на бóльшую высоту. Напоры для различных точек жидкости должны отсчитываться от одной горизонтальной плоскости О-О для того, чтобы их можно было сравнивать друг с другом. В качестве горизонтальной плоскости сравнения О-О может быть принята любая. Однако если сама труба горизонтальна, то иногда для упрощения расчётов удобнее О-О провести по оси трубы. Кроме того, на практике часто высотные отметки z и H отсчёта напоров от О-О отождествляют с абсолютными геодезическими, отсчитываемыми от сре­днего уровня поверхности океана. В России, например, они отсчиты­ваются от уровня Балтийского моря. Важная особенность гидростатического напора состоит в том, что он одинаков для всех точек покоящейся жидкости, гидравлически взаимосвязанных. Равенство напоров H_A = H_B проиллюстрировано для точек А и В в резервуаре на рис. 6, невзирая на то, что они находятся на разных глубинах и давления в них неодинаковые. Следует обратить внимание, что для открытых резервуаров напор в любой точке жидкости находится очень просто: от О-О до уровня свободной поверхности воды, на которую действует атмосферное давление p_атм.

Эпюра давления: ключевые понятия и свойства в гидравлике

Эпюра давления – графическое представление распределения давления в гидравлической системе, которое позволяет анализировать и оптимизировать работу системы.

Эпюра давления: ключевые понятия и свойства в гидравлике обновлено: 21 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В гидравлике эпюра давления является важным инструментом для анализа и понимания распределения давления в системе. Она представляет собой графическое изображение давления в различных точках системы, позволяя наглядно увидеть его изменения и взаимосвязи.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Как строится эпюра давления?

Эпюра давления – это графическое представление распределения давления в системе гидравлики. Она позволяет наглядно увидеть, как давление меняется в различных точках системы.

Для построения эпюры давления необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определить точки, в которых будет измеряться давление. Это могут быть точки на трубопроводах, насосах, клапанах и других элементах системы.
2. Измерить давление в каждой из выбранных точек. Для этого используются манометры или другие приборы для измерения давления.
3. Занести полученные значения давления на график. Обычно по горизонтальной оси откладываются точки измерения, а по вертикальной оси – значения давления.
4. Соединить точки на графике линиями. Это позволяет получить кривую, которая отображает изменение давления в системе.

Полученная эпюра давления может быть использована для анализа работы системы гидравлики. Она позволяет определить места с наибольшим и наименьшим давлением, а также выявить возможные проблемы или неисправности в системе.

Как интерпретировать эпюру давления?

Эпюра давления представляет собой график, на котором отображается изменение давления в системе гидравлики. Для правильной интерпретации эпюры необходимо обратить внимание на следующие аспекты:

Масштаб графика:

Перед началом интерпретации эпюры необходимо установить масштаб графика. Это позволяет определить, какие значения давления соответствуют определенным точкам на графике. Обычно масштаб выбирается таким образом, чтобы все точки были хорошо видны и понятны.

Форма кривой:

Форма кривой на эпюре давления может дать информацию о характере работы системы. Например, если кривая имеет резкие пики или провалы, это может указывать на наличие проблем или неисправностей в системе. Сглаженная и равномерная кривая, напротив, говорит о стабильной работе системы.

Места с наибольшим и наименьшим давлением:

На эпюре давления можно определить точки с наибольшим и наименьшим давлением. Это может быть полезно для определения критических участков системы, где возможны перегрузки или недостаточное давление.

Сравнение с требованиями и ограничениями:

Эпюра давления также позволяет сравнить полученные значения с требованиями и ограничениями системы. Если значения давления на графике выходят за пределы допустимых значений, это может указывать на несоответствие системы требованиям или наличие неисправностей.

Интерпретация эпюры давления является важным шагом в анализе работы системы гидравлики. Она позволяет выявить проблемы, оптимизировать работу системы и обеспечить ее надежность и эффективность.

Какие свойства имеет эпюра давления?

Эпюра давления, также известная как график давления, представляет собой графическое изображение зависимости давления от времени или другой переменной. Она имеет несколько свойств, которые помогают в анализе и интерпретации данных:

Форма и направление:

Форма эпюры давления может быть различной – это может быть линия, кривая или комбинация из них. Направление графика может быть восходящим, нисходящим или постоянным. Форма и направление эпюры давления могут указывать на различные характеристики работы системы, такие как наличие утечек, изменение нагрузки или наличие регулирования давления.

Максимальное и минимальное значение:

На эпюре давления можно определить максимальное и минимальное значение давления. Это позволяет оценить диапазон изменения давления в системе и выявить возможные проблемы, связанные с перегрузкой или недостаточным давлением.

Периодичность и частота:

Если эпюра давления имеет периодическую форму, это может указывать на наличие циклических процессов в системе. Частота изменения давления может быть важной характеристикой для определения оптимальных параметров работы системы.

Сравнение с требованиями и ограничениями:

Эпюра давления также позволяет сравнить полученные значения с требованиями и ограничениями системы. Если значения давления на графике выходят за пределы допустимых значений, это может указывать на несоответствие системы требованиям или наличие неисправностей.

Интерпретация эпюры давления является важным шагом в анализе работы системы гидравлики. Она позволяет выявить проблемы, оптимизировать работу системы и обеспечить ее надежность и эффективность.

Примеры применения эпюры давления в гидравлике:

Определение рабочего давления в системе:

Эпюра давления позволяет определить рабочее давление в различных точках системы гидравлики. Например, в гидравлической системе с использованием гидронасоса и гидроцилиндра, эпюра давления позволяет определить давление в гидроцилиндре в зависимости от положения поршня. Это позволяет контролировать и регулировать давление в системе для достижения требуемых результатов.

Определение потерь давления в системе:

Эпюра давления также позволяет определить потери давления в различных элементах системы гидравлики. Например, при использовании трубопроводов и соединительных элементов, эпюра давления позволяет определить потери давления в этих элементах. Это помогает оптимизировать конструкцию системы и уменьшить потери энергии.

Анализ работы гидравлической системы:

Эпюра давления позволяет анализировать работу гидравлической системы и выявлять возможные проблемы. Например, если эпюра давления показывает нестабильное или неравномерное давление в системе, это может указывать на наличие утечек, засорений или неисправностей в элементах системы. Анализ эпюры давления позволяет быстро обнаружить и устранить такие проблемы.

Примеры применения эпюры давления в гидравлике помогают понять, как эта графическая информация может быть полезна для анализа и оптимизации работы гидравлических систем. Она является важным инструментом для инженеров и техников, работающих в области гидравлики.

Таблица сравнения свойств эпюры давления

Свойство	Описание
Форма	Отображает распределение давления в системе
Графическое представление	Строится в виде кривых линий, соединяющих точки с одинаковым давлением
Интерпретация	Позволяет определить зоны высокого и низкого давления в системе
Отображение направления потока	Позволяет определить направление движения жидкости в системе
Использование в проектировании	Помогает определить оптимальное расположение элементов системы для равномерного распределения давления

Заключение

Эпюра давления – это графическое представление распределения давления в системе. Она строится путем отображения значений давления на различных точках системы на графике. Эпюра давления позволяет наглядно представить изменения давления в системе и выявить особенности ее работы.

Построение эпюры давления осуществляется путем измерения давления в различных точках системы и отображения этих значений на графике. Интерпретация эпюры давления позволяет определить максимальное и минимальное давление в системе, а также выявить возможные проблемы или неэффективности в работе системы.

Эпюра давления имеет несколько свойств, включая возрастающую или убывающую форму, равномерное или неравномерное распределение давления, а также наличие точек максимального или минимального давления.

Применение эпюры давления в гидравлике позволяет анализировать и оптимизировать работу гидравлических систем, выявлять возможные проблемы и принимать меры для их устранения. Эпюра давления является важным инструментом для гидравлических инженеров и специалистов в области гидравлики.

Эпюра давления: ключевые понятия и свойства в гидравлике обновлено: 21 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Что такое эпюра давления

Разность плотностей наружного и внутреннего воздуха, действие ветра и систем вентиляции создают определенное распределение давления воздуха на ограждения помещений и зданий. Известно, что для высоких зданий характерно проникание наружного воздуха в помещения через неплотности в ограждениях нижних этажей и обратное направление движения воздуха через неплотности в ограждениях верхних этажей. Такое движение воздуха объясняется наличием разности давлений с двух сторон ограждения.

Необходимость в определении перепадов давлений с двух сторон ограждения возникла при первых попытках рассчитать естественный воздухообмен помещения через окна и вентиляционные шахты и каналы. Вопросы движения воздуха в трубах применительно к вентиляции подземных выработок изучались М. В. Ломоносовым. Принципы организации естественного воздухообмена в зданиях сформулированы в 1795 г. нашим соотечественником В. X. Фрибе, первым предложившим такое понятие, как нейтральная зона, применяемое до настоящего времени.

Для расчета естественного воздухообмена в промышленных, жилых и общественных зданиях в настоящее время широко применяются способы нейтральной зоны, избыточных давлений (предложен проф. П. Н. Каменевым) и фиктивных давлений (предложен проф. В. В. Батуриным) .

В этой главе подробно рассмотрен способ построения эпюр давления воздуха на ограждения здания, разработанный в МИСИ имени В. В. Куйбышева, имеющий большую наглядность и простоту, чем способы, упомянутые выше. Для сравнения приведены эпюры давления, построенные другими способами.

Преимуществами рассматриваемого способа являются возможность обобщенного анализа воздушного режима, а также стандартность конфигурации эпюр давления для различных зданий и условий.

При этом погрешность в определении разности давлений составит около 1 %. Абсолютное изменение давления на 1 м высоты pg» по сравнению с атмосферным давлением ничтожно мало. Учитывая, что в дальнейшем предстоит определять еще меньшие величины Apg», целесообразнее пользоваться избыточным давлением р, отсчитываемым от условного нуля ph=H.

Введение условного нуля, расположенного в точке системы с минимальным давлением, является основной особенностью рассматриваемого способа построения эпюр давления. Для гравитационного давления эта точка находится снаружи в верхней части здания, а ддя ветрового— это точка с минимальным аэродинамическим коэффициентом. Построение эпюр давления по излагаемому способу требует некоторого навыка,* однако освоить этот способ несложно, так как эпюры имеют простейшую конфигурацию.

Смотрите также:

При построении эпюр избыточного давления снаружи или внутри помещения вводят усл. ноль давления воздуха на ограждения (единый для рассматриваемого здания).

Эпюра циркуляционного давления в системе с тупиковым движением воды в магистралях.
При этом эпюры циркуляционного давления имеют вид, схематично показанный.

Эпюра циркуляционного давления строится в процессе гидравлического расчета системы отопления по способу уд. линейных потерь давления после расчета осн.

Методы расчета аэрации и инфильтрации воздуха включают комплексный учет факторов, влияющих на В.р.з., использование условного нуля давления и стилизацию эпюр давления.

Эти эпюры давления (зпюры конструктивного давления грунта) для. различных конкретных случаев могут быть заранее построены.

возможной формы эпюры давления на стенку. Эта эпюра принимается в виде. плоской прямоугольной эпюры давления, которая располагается между.

Эпюра циркуляционного давления. Эпюры избыточного давления воздуха на поверхность ограждения.

Для построения эпюры фильтрац. давления используются точки пересечения с линией подземного контура
ЭКСФИЛЬТРАЦИЯ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ фильтрация.

Так как давление грунта выше точки нулевого загружения в. обычных условиях распределяется неравномерно, то обычно эпюра давления.

Условно принимая линейную и местную потерю давления в теплопроводах равномерной, вторую эпюру гидростатического давления уже в динамическом режиме.