Что такое пьезометрическая плоскость
Пьезометрическая плоскость
Для получения серии опытных данных, включающих различные значения удельных объемов, в ходе опыта необходимо изменять или объем пьезометра, или количество вещества, находящегося в нем. В зависимости от этого различают методы пьезометра постоянного или переменного объема.
Описание экспериментальной установки. Для проведения опыта используется экспериментальная установка, рабочими участками которой являются два одинаковых пьезометра постоянного объема.
Ниже рассматривается экспериментальная установка, выполненная :по методу пьезометра постоянного объема и использованная в работах МЭИ при исследовании плотности МйПД :[Л. 73, 103]. Сущность метода состоит в следующем. Пьезометр, объем которого предварительно определен с высокой степенью точности, заполняется исследуемой жидкостью при комнатной температуре и атмосферном давлении. По известным значениям объема пьезометра и. плотности жидкости в условиях заполнения определяется начальная масса вещества в пьезометре. При нагревании пьезометра, когда давление повышается, производится выпуск небольших порций жидкости из пьезометра, что позволяет поддерживать давление на заданном уровне. Определяя взвешиванием массу жидкости, выпущенной из пьезометра, можно рассчитать плотность при заданной температуре как частное от деления массы жидкости, оставшейся в пьезометре, на объем последнего. Таким образом, определение плотности при различных температурах сводится к взвешиванию вещества, вытесняемого из пьезометра при переходе от одного равновесного состояния к другому. Зная точно массу жидкости при комнатной температуре и выпускаемую массу, можно определить плотность во всем исследованном интервале температур по соотношению
и давлениях от 1 до 600 бар выполнены в работе [Л. 99]. Максимальная относительная погрешность определения плотности методом безбалластного пьезометра постоянного объема по оценке авторов [Л. 99] не превышает 0,13%.
Плотность, как и другие термодинамические свойства органических теплоносителей, в паровой фазе практически не исследованы [Л. 28]. Авторами настоящей работы впервые составлены подробные таблицы термодинамических свойств дифенильной смеси в паровой фазе. При этом отсутствие термических и калорических данных в паровой фазе потребовало постановки необходимых экспериментальных исследований. Методом пьезометра постоянного объема авторами проведено исследование плотности паров дифенильной смеси при температурах от 330 до 370°С и давлениях от 1,5 до 7 бар. Максимальная относительная погрешность измерений не превышала 0,5%. На основе обработки полученных опытных данных на ЭЦВМ БЭСМ-4 составлено термическое уравнение состояния, по которому рассчитаны термодинамические функции в интервале температур от 60 до 390 °С при давлениях от 0,0001 до 8 бар.
паров применялся метод пьезометра постоянного объема с изменяющимся количеством вещества. Максимальная погрешность определения коэффициента сжимаемости не превышала 0,45%. Экспериментальные значения коэффициента сжимаемости исследованных паров приведены в табл. 3-24.
Для получения серии опытных данных, включающих различные величины удельных объемов, очевидно, в ходе опытов необходимо изменять или объем пьезометра, или количество вещества, находящегося в нем. В зависимости от того, какой из этих способов применяется, различают методики пьезометра постоянного или переменного объема.
На рис. 6-1,а показана принципиальная схема установки, выполненной по методу пьезометра постоянного объема, для измерения удельных объемов жидкостей и паров веществ, находящихся при комнатных условиях в жидком состоянии.
На рис. 6-1,6 показана принципиальная схема установки, выполненной также по методу пьезометра постоянного объема, но применяемой для определения удельных объемов газов, не конденсирующихся при комнатных условиях. Отличие этой схемы от предыдущей заключается в способе определения количества вещества, выпускаемого из пьезометра. Один из способов опреде^ ления количества выпущенного газа может состоять в том, что газ при низком давлении (близком к атмосферному) собирается в сосуде низкого давления 7, объем которого V\ хорошо известен. Если измерить давление р\ Ю* 147
Рис. 6-1. Принципиальные схемы установок для определения удельных объемов методом пьезометра постоянного объема.
Экспериментальная установка для определения удельных объемов водяного пара, выполненная- по методу пьезометра постоянного объема, показана на рис. 6-11.
Пьезометрическая плоскость проходит горизонтально на уровне пьезометра, опущенного в жидкость, т. е. на уровне нулевого избыточного давления (ри = 0). Она совпадает со свободной поверхностью жидкости, если давление на этой поверхности равно атмосферному.
В случае закрытого сосуда с избыточным давлением на поверхности жидкости (действующее на жидкость внешнее давление р0 больше окружающего атмосферного давления рат) пьезометрическая плоскость располагается выше свободной поверхности жидкости на
Если р0и = 0, то пьезометрическая плоскость совп дает со свободной поверхностью, и нагрузка на стек создается только весовым давлением жидкости.
избыточном давлении, т. е. когда в точке С имеется вакуум. В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки (рис. II-2) и расстояния ус и hc становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести (Ду <0), а результирующая сила, воспринимаемая стенкой, направлена внутрь жидкости.
В случае, когда пьезометрическая плоскость пересекает стенку, эпюра нагрузки меняет знак по ее высоте; на рис. П-3 показаны эпюры нагрузки и силы давления на стенку для трех характерных положений пьезометрической’ плоскости 0—0, пересекающей стенку. Если рси =0, то пьезометрическая плоскость проходит через центр тяжести площади стенки; при этом участки эпюры с избыточным давлением ри и вакуумом рв приводятся к двум равным и противоположно направленным силам давления Р! и Р2, результирующая которых равна нулю, и воздействие на стенку сводится только к результирующей паре, момент которой определяется формулой (П-7).
действует избыточное давление (действующее на жидкость внешнее давление р„ больше окружающего атмосферного давления pat), то пьезометрическая плоскость располагается над свободной поверхностью жидкости на высоте
где РОИ — избыточное давление на поверхности жидкости. Если на поверхность жидкости действует вакуум (Ро < Par). то пьезометрическая плоскость находится no;i поверхностью жидкости на высоте
Если р0и = 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью, и нагрузка на стенку создается только давлением жидкости.
лении, т. е. когда в точке С имеется вакуум. В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки (рис. И—2), и расстояния ус и Лс становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести (Д
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Пьезометрическая плоскость
Когда пьезометрическая плоскость пересекает стенку, эпюра нагрузки изменяет знак; на рис. II-3 показаны эпюры нагрузки и силы давления на стенку для трех характерных положений пьезометрической плоскости О-О, пересекающей стенку. [3]
В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки ( рис. П-2) и расстояния ус и hc становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести ( Аг / 0), а результирующая сила, воспринимаемая стенкой, направлена внутрь жидкости. [5]
В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки ( рис. II-2) и расстояния ус и hc становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести ( Ду 0), а результирующая сила, воспринимаемая стенкой, направлена внутрь жидкости. [7]
В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки ( рис. И-2), и расстояния ус и Лс становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести ( Д / 0), а результирующая сила, воспринимаемая стенкой, направлена внутрь жидкости. [8]
В последнем случае пьезометрическая плоскость проходит ниже центра тяжести стенки ( рис. II-2), и расстояния ус и hc становятся отрицательными. При этом центр давления D расположен выше центра тяжести ( А / 0), а результирующая сила воспринимаемая стенкой, направлена внутрь жидкости. [9]
Если р0и 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью, и нагрузка на стенку создается только весовым давлением жидкости. [13]
Если р0и 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью, и нагрузка на стенку создается только давлением жидкости. [14]
Если РОИ 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью, и нагрузка на стенку создается только давлением жидкости. [15]
пьезометрическая поверхность
3.9 пьезометрическая поверхность (piezometric surface): Условная поверхность напорных вод. Каждая точка пьезометрической поверхности показывает уровень поднятия напорных вод при вскрытии верхнего водоупора горной выработкой.
Смотреть что такое «пьезометрическая поверхность» в других словарях:
пьезометрическая поверхность — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN piezometric surface … Справочник технического переводчика
ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — См. Артезианская поверхность … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
напорная или артезианская пьезометрическая поверхность — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN artesian pressure surface … Справочник технического переводчика
нормальная пьезометрическая поверхность — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN normal pressure surface … Справочник технического переводчика
ДЕПРЕССИОННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — пьезометрическая поверхность напорных или свободная поверхность безнапорных вод, снижающаяся к месту их выхода на поверхность земли, к месту перетекания в более глубокие водопроницаемые породы, к пункту откачки (скважина, колодец, шахты и др.). В … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
АРТЕЗИАНСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — (пьезометрическая) воображаемая поверхность, до которой артезианская вода поднимается по пробуренным скважинам или другим горным выработкам. На карте изображается изопьезами, А. п. может быть названа положительной, если она расположена выше… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
избыточная пьезометрическая высота — Высота, на которую од действием давления в данной точке может подняться жидкость, на свободную поверхность которой действует давление внешней газообразной среды (атмосферное давление). [СО 34.21.308 2005] Тематики гидротехника … Справочник технического переводчика
избыточная пьезометрическая высота — 3.13.18 избыточная пьезометрическая высота: Высота, на которую под действием давления в данной точке может подняться жидкость, на свободную поверхность которой действует давление внешней газообразной среды (атмосферное давление). Источник: СО… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
СП 103.13330.2012: Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод — Терминология СП 103.13330.2012: Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод: 3.1 водоотлив (pumping, water removing): Отвод и удаление подземных или поверхностных вод из действующих шахт (рудников), карьеров и во время проходки… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
депрессионная воронка — Пьезометрическая поверхность напорных вод или свободная поверхность безнапорных вод, приобретающие форму воронки в месте откачки воды (скважины, шахты, колодца) … Словарь по географии
Основы гидравлики
Учебные вопросы:
Основные физические свойства жидкости.
В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.
Жидкости подразделяют на два вида:
Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами).
К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие
Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию.К газообразным жидкостям относятся все газы.
К основным физическим свойствам жидкости относятся:
Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.
Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.
Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях
Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.
В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.
Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.
Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.
Гидростатика
Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.
В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением.
Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.
Гидростатическое давление обладает свойствами
Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила – сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Это уравнение называется основным уравнением гидростатики.
Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось:
Последний член уравнения представляет собой вес жидкости, заключенный в рассматриваемом вертикальном цилиндре объемом hdS. Силы давления по боковой поверхности цилиндра в уравнение не входят, т.к. они перпендикулярны к этой поверхности и их проекции на вертикальную ось равны нулю. Сократив выражение на dS и перегруппировав члены, найдем:
Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.
Пьезометрический и гидростатический напоры
Рассмотрим закрытый сосуд с жидкостью, к которому в точках А и В на произвольной глубине присоединены пьезометры I и II (рис. 9).
Давление на свободной поверхности в сосуде больше атмосферного. Трубка I сверху открыта и давление на свободной поверхности в ней равно атмосферному. Трубка II сверху запаяна, из нее удален воздух, т.е. давление в ней равно нулю.
Для определения вертикальных координат точек А и В проведем на произвольной высоте горизонтальную плоскость 0-0. Эта плоскость называется плоскостью сравнения. Вертикальное расстояние от плоскости сравнения до рассматриваемой точки называется геометрической высотой точки по отношению к плоскости сравнения и обозначается буквой. За плоскость сравнения может быть принят уровень земли, пола.
Так как давление в сосуде на свободной поверхности жидкости больше атмосферного, то в пьезометрических трубках I и II жидкость поднимется на большую высоту, чем уровень жидкости в сосуде. Обозначим высоту поднятия жидкости в открытом пьезометре через – пьезометрическая высота, а высоту поднятия жидкости в закрытом пьезометре через – приведенная высота.
Сумма геометрической высоты и пьезометрической для любой точки жидкости будет величиной постоянной и называется пьезометрическим напором:
Подставив это выражение в формулу (1) получим:
это сумма приведенной высоты и геометрической высоты положения, называемая гидростатическим напором Hs.
В уравнении (5) Hs=const для любой точки жидкости, а не зависит от положения точки. Значит:
Поэтому, сколько бы мы пьезометров не подключили, во всех пьезометрах жидкость установится на одном уровне: плоскость, соответствующая уровню П–П, называется пьезометрической плоскостью, а уровню Н–Н – напорной плоскостью.
Удельная потенциальная энергия, т.е. энергия приходящаяся на единицу веса частицы будет соответственно равна:
Аналогично, гидростатический напор Hs является также мерой удельной потенциальной энергии жидкости, но большей по сравнению Hp на величину удельной потенциальной энергии атмосферного давления.
Вакуум. Закон Паскаля.
Вакуум — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного падения молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий, средний и высокий вакуум.
Насос для демонстрации вакуума
Законом Паскаля в гидростатике называется следующее утверждение,сформулированное французским учёным Блезом Паскалем: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.
На основе закона Паскаля работают различные гидравлические устройства: тормозные системы, гидравлические процессы и др.
В законе Паскаля речь идет не о давлениях в разных точках гидравлической системы, а о возмущениях давления в разных точках, поэтому закон справедлив и для жидкости в поле силы тяжести.
В случае движущейся несжимаемой жидкости можно условно говорить о справедливости закона Паскаля, ибо добавление произвольной постоянной величины к давлению не меняет вида уравнения движения жидкости, однако в этом случае термин закон Паскаля обычно не применяется. Для сжимаемых жидкостей (газов) закон Паскаля, вообще говоря, несправедлив.
Виды движения жидкости
Виды движения жидкости бывают:
Примерами неустановившегося движения являются опорожнение резервуаров, водохранилищ, движение воды в реках при переменном уровне (при паводках, сбросах воды через плотину) и т. д.
сброс воды через плотину
Установившимся – наз. движение жидкости неизменное во времени, при котором давление и скорость являются функциями только координат, но не зависит от времени. u = f1(x, y, z); p = f2(x, y, z).
Установившееся движение подразделяется на:
Равномерное движение характеризуется постоянством параметров по длине потока. Примерами такого движения являются движения в трубах постоянного сечения и в каналах правильной формы. Поле линий тока равномерного движения – семейство параллельных прямых.
В зависимости от причин, вызывающих движение, и условий, в которых оно происходит, различают:
Напорное движение происходит в потоке, со всех сторон ограниченном твердыми стенками. Давление во всех точках потока отлично от атмосферного и может быть как больше, так и меньше последнего. Движение происходит под действием разности давлений по длине потока, которая может быть создана водонапорной башней, питающим баком, насосной установкой.
Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести при наличии свободной поверхности жидкости. Примерами безнапорного движения является движение в реках, каналах и трубах, когда сечение последних не полностью заполнено жидкостью.
Гидродинамика
Предметом изучения гидродинамики является движущаяся жидкость. Как было указано ранее, все без исключения физические и химические процессы, которые составляют основу промышленных технологических процессов, происходят в динамических условиях, в условиях движения текучих сред.
При движении жидкостей под воздействием внешних сил в потоках прежде всего формируются поля скоростей микро- и макрочастиц, которые определяют формирование температурных и полей концентраций веществ, что в конечном итоге обусловливает скорость протекания процессов.
На движущуюся жидкость, кроме сил, которые действовали на покоящуюся жидкость (поверхностные силы гидростатического давления и массовые силы: силы тяжести и внешние силы инерции), действуют дополнительные силы инерции и силы трения. В отличие от гидростатического давления, величина которого не зависит от ориентации поверхности, на которое оно действует, возникающее при движении гидродинамическое давление благодаря развитию напряжениям сдвига (касательным силам), различно в направлении осей X, Y и Z.
Наличие сил внутреннего трения между движущимися частицами жидкости (в соответствии с законом внутреннего трения Ньютона) является первопричиной различия скоростей движения в различных точках по поперечному сечению канала. Характер этого различия, который обусловливается характером связи между давлением и скоростью движения частиц в любой точке потока. Это и является основной задачей теории гидродинамики.
Уравнение неразрывности потока.
Уравнение неразрывности потока отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей. Например, на рис. 15 расходы во входном и выходном сечениях напорной трубы равны: q1 = q2.
Схема к уравнению неразрывности потока.
С учётом, что q = Vw, получим уравнение неразрывности потока:
Если отсюда выразим скорость для выходного сечения:
то легко заметить, что она увеличивается обратно пропорционально площади живого сечения потока. Такая обратная зависимость между скоростью и площадью является важным следствием уравнения неразрывности и применяется в технике, например, при тушении пожара для получения сильной и дальнобойной струи воды.
Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости.
Наблюдения показывают, что в природе существует два разных движения жидкости:
От чего зависит характер движения жидкости, установил Рейнольдс в 1883 году путем. Эксперименты показали, что переход от ламинарного к турбулентному движению происходит при определенной скорости (критическая скорость), которая для труб различных диаметров неодинакова: при увеличении диаметра она увеличивается, критическая скорость так же увеличивается при увеличении вязкости жидкости. Рейнольдс вывел общие условия существования ламинарного и турбулентных режимов движения жидкости. По Рейнольдсу режима движения жидкости зависят от безразмерного числа, которое учитывает основные, определяющие это движение: среднюю скорость, диаметр трубы, плотность жидкости и ее абсолютную вязкость.
Это число называется числом Рейнольдса:
При числе Рейнольдса наблюдается ламинарный режим движения, при числе Рейнольдса – турбулентный режим движения жидкости. Чаще критическое значение числа принимают равным это значение соответствует переходу движения жидкости от турбулентного режима к ламинарного.
При переходе от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному критическое значение имеет большее значение. Критическое значение числа Рейнольдса увеличивается в трубах, сужаются, и уменьшается в тех, что расширяются. Это объясняется тем, что при сужении поперечного сечения скорость движения частиц увеличивается, поэтому тенденция к поперечного перемещения уменьшается.
Уравнение Бернулли.
Закон (уравнение) Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:
p — плотность жидкости,
h— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,
p— давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,
g— ускорение свободного падения.
Константа в правой части часто называется полным давлением и зависит, в общем случае, от линии тока.
Соотношение, близкое к приведенному выше, было получено в 1739 г. Даниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был получен Иоганном Бернулли около 1740 года.
Bernoulli Johann 1667-1748
СВОЙСТВА ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
Список литературы:
1. В.П. Гусев «Основы гидравлики», Томск, 2009 г.
2. Бретшнайдер С. «Свойства газов и жидкостей», Москва