2018-03-09
185
Жидкость давит на поверхности деталей конструкции, c которыми она соприкасается. Если конструкция находится на воздухе, то есть под действием атмосферного давления, то при определении силы гидростатического давления обычно оперируют манометрическим давлением или вакуумом, так как атмосферное давление действует на расчетную конструкцию со всех сторон, и поэтому его можно не принимать во внимание.
При определении силы давления используют понятие пьезометрической плоскости или плоскости атмосферного давления. Это горизонтальная плоскость П – П (рис. 8), проходящая через уровень жидкости в пьезометре, присоединенном к сосуду. Поверхность жидкости на уровне пьезометрической плоскости подвергается лишь воздействию атмосферного давления, поэтому 
. Если сосуд c жидкостью открыт в атмосферу, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью жидкости. B случае же герметично закрытого сосуда она может располагаться выше или ниже свободной поверхности в зависимости от давления над свободной поверхностью. Расстояние по вертикали до пьезометрической плоскости определяется соответственно либо пьезометрической высотой по формуле (7), 
если (позиция 1 на рис.8), либо вакуумметрической высотой по формуле (8), если 
(позиция 2).
|
|
|
Рис. 8. Определение силы давления на плоскую стенку
Сила давления жидкости на плоскую стенку, например, на крышку люка (рис. 8) направлена по нормали к стенке, a ее величина равна:
, (14)
где 
– расстояние до центра тяжести стенки от пьезометрической плоскости.
Это расстояние зависит как от заглубления стенки 
под свободную поверхность так и от величины внешнего давления.
Для первого случая (см. рис. 8), когда:
.
Для второго случая, когда:
.
Сила давления 
приложена в центре давления (точка Д). Положение центра давления 
связано с положением центра тяжести соотношением:
,
где 
– момент инерции сечения крышки относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести сечения
Для экспериментального измерения силы давления жидкости на стенку может быть использован сильфонный динамометр (рис. 9).
B качестве упругого элемента в динамометре используется сильфон, который представляет собой металлическую тонкостенную камеру с гофрированной боковой поверхностью, способную расширяться и сжиматься при изменении давления жидкости. При этом свободная торцевая плоскость сильфона перемещается параллельно самой себе на величину, пропорциональную величине изменения давления.
Перемещение сильфона может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от того, создается в сосуде избыточное давление или вакуум.
|
По величине перемещения Δх, отсчитываемого по положению указателя на шкале сильфона, и по гpадуировочной кривой Р(Δх) определяется экспериментальное значение действующей на стенку силы:
, Н, (15)
где 
– градуировочноя характеристика сильфона, Н/мм;
– перемещение твердой стенки, мм.
Более тщательное определение перемещения сильфона с помощью индикатора часового типа позволит определить искомую силу давления с большей точностью.
Поскольку сосуд изначально залит рабочей жидкостью, то сильфон уже сдеформирован силой 
. Поэтому с помощью сильфонного динамометра определить можно лишь дополнительное усилие, вызванное изменением давления воздуха в сосуде. Расчетное значение дополнительной силы давления:
для случая 
(16)
для случая 
