В цилиндре, вращающемся вокруг вертикальной оси

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра «Водоснабжение и водоотведение»

 

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ПОКОЙ ЖИДКОСТИ

в цилиндре, вращающемся вокруг вертикальной оси

 

 

Учебно-методическое пособие к выполнению

лабораторной работы №2

по дисциплине «Гидравлика»

для студентов специальностей

270112 «Водоснабжение и водоотведение»,

270102 «Промышленное и гражданское строительство»,

270205 «Автомобильные дороги»

всех форм обучения

 

 

Уфа 2012

Учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с действующей рабочей программой дисциплины «Гидравлика» и предназначено для развития навыков самостоятельной работы студентов.

Данное методическое пособие знакомит студентов с базовыми понятиями раздела «Гидростатика»

 

Составитель Лапшакова И.В., доц., канд. техн. наук

 

 

Рецензент Мартяшова В.А., доц., канд. техн. наук

 

 

©Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие сведения 2. Цель работы 3. Описание опытной установки 4. Порядок проведения работы 5. Расчетные формулы 6. Содержание отчета 7. Вопросы для самопроверки Список литературы

 

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

С относительным покоем жидкости во вращающихся сосудах приходится часто встречаться на практике (например, в сепараторах и центрифугах, применяемых для разделения жидкостей, а также в приборах для определения и регулирования чисел оборотов). При этом, как правило, решаются два типа задач. Первая задача связана с расчетом на прочность стенок сосуда. Для этого необходимо знать закон распределения давления в жидкости. Вторая задача связана с расчетом объема и габаритных размеров сосуда (например, жидкостного тахометра). В этом случае нужно уметь рассчитывать координаты точек свободной поверхности.

Жидкость находится в цилиндре, вращающемся вокруг вертикальной оси с угловой скоростью вращения w.

При равномерном вращении цилиндра с жидкостью вокруг вертикальной оси жидкость через некоторое время начинает вращаться вместе с сосудом, т.е. приходит в состояние относительного покоя. В этом состоянии отсутствует смещение частичек жидкости относительно друг друга и стенок цилиндра, и вся массе жидкости с цилиндром вращается как твердое тело.

Для решения этих задач воспользуемся прямоугольной, жестко связанной с цилиндром системой координат. Начало ее расположим в точке пересечения дна цилиндра с его осью. Применим к жидкости основное уравнение гидростатики в дифференциальной форме:

, (1)

гдеdP – полный дифференциал давления в данной точке;

X, Y, Z – проекции единичных массовых сил (проекции ускорений) на соответствующие оси координат;

r – плотность жидкости.

Возьмем во вращающейся жидкости частицу А (рис.1), находящуюся на расстоянии r от оси вращения цилиндра. На эту частицу перпендикулярно оси Z действует центробежная сила инерции с ускорением w²r, проекция которого на ось X

 

Рисунок 1 – Расчетная схема

 

 

Аналогично на ось ОУ

Вдоль оси OZ действует ускорение Z=-g

 

Подставим найденные значения X, Y, Z в уравнение (1)

(2)