Қысым дегеніміз – беттін бірлігіне тік әрекет ететін күш

Қысым дегеніміз – беттін бірлігіне тік әрекет ететін күш:

.

Қысым өлшемі СИ: [p] = [F]/[A] = 1 H/1м²= 1 Па.

Халықаралық бірліктер жүйесінде қысымды өлшеу бірлігін паскаль (Па) деп атайды, француз математик Блез Луи Паскальді (1623 – 1662) есі бойынша.

Бірақ та іс жүзінде қысымды өлшеу үшін жиі техникалық атмосфера қолданылады және бармен өлшиді:

1 техн.атм. = 1 кгс/см²= 1 бар = 10⁵ Па = 0,1 МПа.

Кейбір бұрынғы техникалық әдебиеттерде қысым өлшегенде техникалық атмосферамен өлшейды (МКГСС жүйесінің өлшемі), және де басқа жүйеге кірмейтін өлшемдермен пайдаланады олар: бар, физикалық атмосфера (атмосфера физическая), мм сынап бағана және м су бағана (мм рт. ст и мм вод. ст).

Өлшемдердін байланасы төменде көрсетіледі:

1 атмосфератехникалық= 1 ат = 1 кгс/см² = 0,98110⁵Па =

= 735,6 мм сынап бағ. = 10 м су бағ.; 1 ат 0,1 МПа;

1 атмосфера физизикалық = 1 атм = 760 мм сынап бағ. = 101325 Па =

= 1,033 ат = 10,33 м су бағ.;

1 мм су бағ. = 9,81 Па; 1 мм сынап бағ.ст = 133,322 Па.

Қысымды былай ажыратады - абсолюттік қысым p (арғарайв – жай қысым), барометрлық немесе атмосфералық қысым p_б= p_а, оны барометрмен өлшейды, артық қысым p_и, манометрмен өлшенеледі, және сиретулік қысым р_р вакуумметрен өленеледі.

Ыдыстағы газбен сырттағы атмосфералық қысыммен айырмашылығын артық қысым деп аталад:

Егер ыдыстағы газдын қысымы атмосфералық қысыман кем болса онда олардын айрмашылығын сиретулік қысым деп атайды

Осы формуладан көрынып тур минималды сиретулік қысым нөльге тең екнің (ыдыстағы қысым атмосфералық қысымына тең), ал максималды қысым – атмосфералыққа тең (ыдыстағы қысым нөльге тең). Бірақ атмосфералық қысым тұрақты болмаған соң – максималды сиретулік қысымда тұрақты шама болмайды. Сонда осындай сұрақ пайда болады: вакуумметр 760 мм сынап бағанаснан артық сиретулік қысымды көрсете алама? Жауабы: Ия, егер атмосфералық қысымды өлшеген кезде 760 мм сынап бағанадан артық болса.

1 суретте аталған қысымдардын графикалық байланысы көрсетілген, ал 2 суретте қысымдөлшер аспаптармен қолданатын қасиеттері көрсетілген.

29 сурет
Температура. Дененің қызған дәрежесін көрсеткішін температура деп атайды. Кельвина T температурасымен шкала бойынша Цельсия температурасынын байланысы төмендегі салыстырмамен анықталады

мұнда T – жылудинамикалық температура (Кельвин температурасы), К;

Ауаның тығыздығы келесі формуламен анықталады

мұнда Дж/(кг^.К) – ауаның газды меншікті тұрақтысы.

Судың тығыздығын 1000 кг/м³ алуға болады (бірақ температура 50 ^оС артық болса, онда судың және будың кестесынен алуға тиіс).
№ 1 зертханалық жұмыс 1- 4 сағат.

Тақырып. Сұйықтықтың тұтқырлығы.

Жұмыстың мақсаты: Капиллярлы вискозиметр арқылы сұйықтықтың тұтқырлығын анықтау. Осы жұмыста ВПЖ-4 капиллярлы вискозиметрдің моделімен пайдаланады. Вискозиметрді зерттейтін сұйықтық пен толтырған кезінде лабораториялық қол сорабымен пайдаланады Эксперимент болған кезінде уақытты секундомермен олшейді.
Сұрақтың қысқаша мазмұны

Түтқырлық сұйықтықтың қабырғаны бойлай аққан кезіндегі жылдамдықтарының профилі

30 сурет

τ- қозғалыс деформациясы кезінде сұйықтықта пайда болатын жанама кернеу,

μ – сұйықтықтың динамикалық тұтқырлық коэффициенті.

СИ бірлігі жүйесінде: Па с, СГС жүйесінде – 1П=1дин с/см ².

Сұйықтықтың динамикалық тұтқырлық коэффициентінен басқа, сұйықтықтың кинематикалық тұтқырлық ко­эффициенті де кеңінен пайдаланылады. Ол динамикалық тұтқырлық коэффициентінің тығыздыққа қатынасы болып табылады:

СИ бірлігі жүйесінде кинематикалық тұтқырлық ко­эффициенті ^м2/с бойынша өлшенеді, ал СГС бірлігі жүйесінде кинематикалық тұтқырлық ко­эффициенті өлшемі болып - стокс (Ст) өлшем бірлігі табылады.

1Ст=1м²/с=10^-4м²/с

Ньютон гипотезасынан шаққанда үйкеліс кернеуі тек қана жылжып келе жатқан сұйықтықтарда ғана мүмкін, және, айтылған болжам тек тамшылы сұйықтықтарға ғана тән.

Сұйықтықтарда Ньютон гипотезасы бойынша тұтқырлық үйкелісін пайдалану мүмкін болмаса, ондай сұйықтықтарды ньютондық емес (аномальді) деп атау әдетке кірген.
№ 2 зертханалық жұмыс - 4 сағат.

Тақырып. Гидростатикалық қысым. Паскаль заңы.

Жұмыстың мақсаты: Серіпімді манометрмен үш тереңдігіндегі сұйықтықтың гидростатикалық қысымды өлшеуИ. Паскаль заңын тәжірибе арқылы дәлелдеу. Эксперименттін нәтижесімен манометрлі қысымының эпюрасын құрастыру.

Сұрақтың қысқаша мазмұны

Гидростатиканың негізгі теңдеуі

«Абсолюттік тыныштықтағы» сұйықтықтың тепе-теңдік жайын қарастыралық, б.а. сұйықтыққа бір ғана массалық күш – ауырлық күші әсер еткен кезін, онда сұйықтықтың қарастырылып отырған көлемінің кез келген нүктесіндегі гидростатикалық қысымды табуға мүмкіндік беретін теңдеуді аламыз.

Сұйықтықтың бос бетіне әсер етер қысым атмосфералық қысымға р₀. тең.

h тереңдігіне орналасқан, ойша таңдалған А нүктесіндегі қысымды р анықталық.

А нүктесінің жанынан dS ауданды горизонтальды ауданды бөлейік. Берілген ауданда вертикальды дене тұрғызайық, асты сол ауданның өзімен шектелсін, ал жоғарысы оның проекциясымен.

Алынған сұйық дененің тепе-теңдігін қарастырайық. Берілген көлемнің негізіне түсетін қысымның сұйық денеге қатынасы сыртқы болып есептеледі де тік жоғарыға бағытталады.

Тепе-теңдік теңдеуін дененің вертикаль осіне проекциясын былай жазамыз:
pdS – p₀dS – ρhdS = 0
Теңдеудің соңғы мүше көрсетілген көлемдегі сұйықтықтың салмағын белгілейді. Цилиндрдің бүйір қабырғасындағы қысым күштері теңдеуге кірмейді, өйткені олар вертикальға нормальды. Жазылғанды dSқа қысқартып, мүшелерді қайта топтасақ, табарымыз мынадай болмақ

Алынған теңдеуді гидростатиканың негізгі теңдеуі деп атайды, онымен тыныштық қалыптағы сұйықтықтың кез келген нүктесінде p₀ шамасы сұйықтықтың көлеміндегі кез келген нүкте үшін бірдей, өлшеуге болады. Сондықтан, гидростатикалық қасиетін ескере отырып, мынадай қорытынды жасаймыз:

Сұйықтықтың сыртқы бетіне түсірілген қысым осы сұйықтықтың барлық нүктелеріне бірдей беріледі, және, барлық бағытта бірдей.

Бұл жай Паскаль заңы деген атаумен белгілі.

Координата – Z геометриялық биіктік немесе арыны деп аталады СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі – метр.

 - пьезометрлық биіктік немесе арыны деп аталады СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі – метр.

қосындысы гидростатикалық арын деп аталады.
№ 3 зертханалық жұмыс - 4 сағат.

Тақырып. Бернулли теңдеуі.

Жұмыстың мақсаты: Д. Бернулли теңдеудегі келесі қосындыларды эксперимент арқылы анықтау z, p/g, v²/2g . Арынды құбырөткізгіштегі сұйықтықтың тұрақтылған бірқалыпсыз қозғалысына Д. Бернулли теңдеуі. Үш қимадағы қосындыларды анықтау. Қималардың арасындағы жоғалған толық арынды анықтау.
Сұрақтың қысқаша мазмұны

Бернулли теңдеуінің энергетикалық және геометриялық интерпретациясы

Бернулли теңдеуіндегі әрбір мүше бір жағынан белгілі бір биіктікті (арынды) айғақтаса, екінші жағынан қарағанда әртүрлі меншікті энергия да бола алады, б.а. ң салмақ бірлігіне берілген энергия есебінде.

Сондықтан теңдеудің әрбір мүшесі ұзындық бірлігінің мөлшеріне ие (м).

Нақты (тұтқырлы) ққа шығарылған Бернулли теңдеуі

Егерде БЕРНУЛЛИ теңдеуі идеалды ң арнасы ағыны үшін механикалық энергияны сақтау заңы болып табылса, нақты ң ағыны үшін шығынды есептей отырғанда энергияның теңдестіруші теңдеуі болып табылады.

Кoриолис коэффициенті

мұнда α – жылдамдықтың кесіндіге тең тарамайтынын есептейтін өлшемсіз коэффициент, (Кoриолис коэффициенті);

 ң 1-1 кесіндісінен 2-2 кесіндісіне дейін жылжыған кездегі арынды (меншікті энергии) жоғалту жинағы.

Практикалық іс жүзіндегі есептерде Кориолис коэффициентін былай қабылдайды = 2 ламинарлық ағым режимі үшін, турбулентті ағым режимі үшін  = 1.

Идеалды ң арнасыз ағыны үшін Бернулли теңдеуі

тек қана бір күштің, бір массалық күштің – ауырлық күшінің әсерінің қол астында болған, және идеалды ң арнасыз ағынының екі кесіндісіне бола жазылған Бернулли теңдеуі мынадай түрде жазылады:

№ 4 зертханалық жұмыс - 4 сағат.

Тақырып. Сұйықтықтың қозғалыс тәртібі.

Жұмыстың мақсаты: . 1. Ламинарлы және турбулентті сұйықтықтың қозғалыс тәртібі бар екенін опыт арқылы дәлелдеу.

2. Ламинарлы және турбулентті тәртіп кезіндегі Рейнольдс санын анықтау және де оны критикалық зонамен салыстыру, ламинарлы тәртіп кезінде Rе< Re_кр , турбулентті тәртіп кезінде Re > Re_кр.

3. Эксперимент нәтижелерімен lgh=f(lg) график құрастыру, (h – құбырөткізгіштің ұзынынан бойынша энергия жоғалу), оны критикалық жылдамдық v_кр, арқылы анықтау және сол арқылы критикалық санды есептеу Re_кр=2320.

4. lgh=f(lg) график арқылы келесіні дәлелдеу, ламинарлық тәртіп кезінде арынның ұзынынан жоғалуы h бірінші дәрежесіндегі орташа жылдамдыққа пропорционалды болады, ал турбуленттік кезінде - дәрежесі 1,75 £ n £ 2 тең.

31 сурет бірінші болып ағылшындық ғалым физик Осборн Рейнольдс қалады.

Осборн Рейнольдстің қортындысы бойынша ң қозғалыс режимінің өзгеруі, ағымның біртұтас комплексті шамаларға байланысты, атап айтқанда мынадай қатынасқа байланысты:

Рейнольдс сандарының диапазоны ішінде 2320-дан 4500-ге дейін ауыспалы облыс бар, ол, қатпарлы ағын құрып ал жылдам құйын құралар кез әлі бастала қоймаған шақ.

Ламинарлы деп ң қатан тәртіпті қабатты (аралыстырылмайтын) ағымын айтады. Тұрақты көлденең кесінді горизонтальды түтіктерде мұндай қозғалыс кезінде энергияның жоғалатын бір ғана себебі бар ң тұтқырлығына жататын - үйкеліс.

Турбуленттік режимде ң кейбір бөлшектері өз еркінші, күрделі траекториялармен жылжиды, нәтижесінде, арнасыз ағындар бір бірімен араласып кетеді де масса ретінде ағады.

Белгілі бір уақытта элементарлы арнасыз ағымның тірі кесіндісі арқылы ағып өткен ң көлемін элементарлы арнасыз ағынның шығыны деп атайды.

2. А.Н.Альтшульдың салыстырмасымен немесе И.И.Никурадзе графигімен пайдалнып арынды құбырөткізгіштер жұмыс жасаған учаскілеріндегі гидравликалық кедергісінің облысын анықтау.

3. Эксперименттердің қорытында алынған коэффициенттердің шамаларын анықтамалардың шамаларымен салыстыру.
Сұрақтың қысқаша мазмұны

Өткізгіш құбырлардың гидравликалық кедергісі.

Гидравликада кедергілердің екі түрін айқындайды: ұзындық бойындағы үйкеліске кететін жоғалуға және жергілікті жоғалуларға.

Сұйықтықтың бөлшектерінің бір-біріне деген тұтқырлық үйкелісі мен шектеуші қабырғаларға деген кедергі күштері ағымның ұзындығына пропорционалды. Арынның бұл жоғалуының – ұзындық бойындағы жоғалу деп атайды _hl.

Жергілікті кедергілер дегеніміз әрқилі түрде шартталған ағымның бойында орнатылған кедергілер (иіндер, дроссельдер, қақпашалар, және т.б.), сұйықтықтың ағымының шамасын немесе жылдамдықтың бағыттарын өзгертуге әкеліп соғады. Оларға сәйкес арынның жоғалуын, жергілікті жоғалту _hж деп белгілейді.

Сондықтан, екі түрлі кедергілер де ағымның екі кесіндісінің арасында орын алған жағдайда, екеуінің арасындағы арынның толық жоғалуы былай болады:

Арынның жергілікті жоғалуының негізгі түрлерін жергілікті кедергілердің белгілі бір түрлеріне сәйкес, шартты түрде бірқатар группаларға бөлуге болады:

• ағымның көлденең кесіндісінің өзгеруіне байланысты жоғалулар (кенет, не жай кеңею не тарылу);

• ағымның бағытын өзгертуіне байланысты жоғалту (иіндер, бұрыштамалар, жан-жаққа таратулар);

• сұйықтықтың әртүрлі арматуралар арқылы ағып өтуіне байланысты пайда болатын жоғалулар (крандар, вентильдер, тұтқыштар, қабылдаушы, не қайтарушы қақпашалар, торлар, сүзгіштер);

ағудың сызығы қисаюы;

тірі кесіндінің ауданының өзгеруі;
негізгі арнасыз ағымның қабырғадан үзіліп, иірім пайда қылуы;

жылдамдық пен қысымның жиі соға бастауының көбеюі.

Құбырдың біртіндеп бұрылуы (кетіру не иіндеп бұру), құйындауды, демек, энергияның жоғалуын, едәуір азайтады. Жоғалу мөлшері (шамасы) бұрыштың түріне өте зор байланысты.

Әдетте, иін деп аталатын жергілікті кедергі, арынның жоғалуына өте қатты әсерін тигізеді.

Ондай кезде ағын құбырдың қабырғасынан жұлынып кетеді де, энергияны тез арада жоқ қылатын екі күрделі түрдегі құйынды зоналарды пайда қылады. Күшею дәрежесі бұрылу бұрышына өте тәуелді.

мұнда λ – үйкелісте жоғалу мөлшерсіз коэффициенті (Дарси коэффициенті);

V – құбырдағы орташа кесіндідегі жылдамдық;

l және d құбырдың ұзындығы мен диаметрі

Арынның жергілікті жоғалулары Вейсбах формуласымен бағаланады:

Сұйықтықтың тесіктер мен саптамалар арқылы ағуының гидравликалық есептеу міндеті, ағу жылдамдығы мен олардың шығаратын шығымдарының шамаларын анықтау болып табылады.

Тәжірибемен белгілінген: сұйықтық тесіктен аққанда, арнасыз ағымның сығылуы орын алады, б.а. оның көлденең кесіндісі азая түседі.

Сығылған арнасыз ағымның түрі:

тесіктің түрі мен мөлшерінен, қабырғасының қалындығынан, және де, тесіктін бос бетте орналасуына қарай, сұйықтық ағып шығатын ыдыстың түбі мен қабырғасына байланысты.

Ағу теориясында елейтін нарселер:

-Кішкентай тесіктер – сұйықтықтың еркін бетінің астындағы олардың ауыртпалық орталықтарының бату тереңдігінен мөлшері әлдеқайда кіші тесіктер;

-Жүқа қабырғадағы тесіктер – фаскасы бар немесе, қабырғалары шеті өткір қырланып келетін тесіктер, қабырғаның қалыңдығы бұл жағдайда арнасыз ағынның түріне де, ағу шартына да әсерін тигізбейді;

-Қалын қабырғадағы тесіктер – қабырғадағы, қалыңдығы тесіктің сызықты мөлшерінен үш есе асып түсер, тесіктер.

Сұйықтық олармен аққанда, ауелі арнасыз ағыны тарылады, сонан соң, сол тесіктің шегінде кеңейе келіп, олардың көлденең кесінділерінің бәрін толтырады.

Тұрақты арында сұйықтықтың жүқа қабырғадағы кішкентай тесік арқылы ағуы

Тұрақты арында, жүқа қабырғадағы кішкентай тесік арқылы орнықты ағатын сұйықтықтың жылдамдығын анықтау ұшін бір траекториядағы «0» және «с» нүктелер үшін Бернулли теңдеуін қолданамыз

Теңдеудің оң жағындағы соңғы құрастырушы ағымның сұйықтықтың тесіктің қабырғаларына үйкелу және оның деформациясы кезінде жоғалған бөлегін белгілейді:

Сұйықтықтың h_c арынды арнасыз ағынның С-С кесінділі тесік арқылы өткен кезінде, және оны Пито түтікшесімен өлшегенде байқайтынымыз, ол арынның жоғалуы геометриялық H арыннан да кем болады. Ол қаралып отырған кесіндідегі сұйықтықтың жылдамдық арынына тең

Алғаш рет құбырөткізгіштердегі гидравликалық соққыны теорияда және сынақты зерттеуден 1899 жылы өткізген орыс ғалымы Н.Е.Жуковский.

Бұл құбылыс, сұйықтық ағып тұрған құбырөткізгішті тез жауып, немесе тез ашқанда, құбырөткізгіштің ұзына бойында сұйықтықтың қысымы мен жылдамдығының кенеттен, бірмезгілде емес, өзгере кетуіне байланысты.

Егер осындай құбырөткізгіште сұйықтықтың қысымы мен жылдамдығын өлшейтін болсақ мынаны байқаймыз: - жылдамдық шамасымен де, бағытымен де өзгере береді, ал қысым - бастапқы қалпымен салыстырғанда, ұлғаю жағына да, азаю жағына да өзгере береді.

Демек, құбырөткізгіште мезгіл сайын қысым көтеріліп-төмендеп отыратын толқымалы процесс пайда болады. Мұндай процесс өте тез ағымды және сұйықтықтың өзінде де, құбырдың қабырғаларында да, серпімділік деформациясын пайда қылуымен шартталған.

Құбырлардың қабырғаларының созылуы және сұйықтықтың сығылуы төмендегі суретте жақсы көрсетілген. Сұйықтық u₀, жылдамдығымен жылжып келе жатқан кезде, құбырдың соңында кран бірден жабылды делік. Сұйықтықтың кинетикалық энергиясы бәсеңдейді де, құбыр қабырғасы мен сұйықтық сығылуының деформациясының потенциалдық энергиясына айнала бастайды.

Айналдыра келіп, ең соңынан алатынымыз:

екпінді толқынның таралу жылдамдығы бірдің түбір астындағы шамаларға қатынасына тең

Егер  – тура емес соққы

Тура емес гидросоққыдағы қысымның өзгеруі барынша жақындатылған Мишо формуласымен анықталады:t₃ - құбыр бөлшегінің жабылу уақыты.

Ашып-жапқышты бірден тез жапқанда (бұл кезде қозғалыстың бастапқы жылдамдығы күрт төмендейді), пайда болатын гидросоққыны оң деп атайды;

Ашып-жапқышты бірден тез ашқанда (бұл кезде қозғалыстың бастапқы жылдамдығы күрт өседі), пайда болатын гидросоққыны теріс деп атайды



Гидросоққылармен күрес жолдары

1. Ол үшін болуы қажет.

2. Гидроаккумуляторларды қолдану.

3. Құбырөткізгіштердің берілгіштіктерін арттыру.

4. Тез қимылдайтын сақтаушы тұтқаларды пайдалану.