Измерение гидростатического давления

Выполнил: Лищук Д.С

Студент группы ПТЭ-12

Руководитель: Михолап Н.Н

Ассистент

Братск 2013

1.1. Цель работы

Получение навыков экспериментального измерения давления жидкостными манометрами и применения результатов для теоретического определения объемного соотношения состава жидкой смеси.

1.2. Основные теоретические положения

Измерения давлений жидкостными манометрами принципиально сводятся к сравнению величины этого давления с величиной противодействующего давления столба рабочей жидкости, соединяющего систему (объект) измерения с атмосферой. Таким образом, для определения давления в системе необходимо знать высоту противодействующего столба рабочей жидкости манометра, которая для чашечных манометров определяется по стандартным шкалам, а для U-образников по разности Ah между свободными поверхностями столбов рабочей жидкости в обеих трубках. Гидростатическое давление определяется по основной формуле гидростатики:

где р и р₀ - искомое и атмосферное давление, соответственно, Па; ρ- плотность рабочей жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; - разность столбов рабочей жидкости, м.

Разделив (1) на плотность рабочей жидкости ρ и представив , получим согласно теории энергетических аналогий выражение преобразования пьезометрического потенциала в потенциал силового поля:

При измерении давления системы несколькими U - образными манометрами можно записать:

и

Тогда можно из (2) путем деления «i»-гo потенциального выражения на «j»-e получить соотношение

При «i»-м измерении манометром с эталонной жидкостью, например дистиллированной водой, из (3), зная перепады высот ∆h для эталонного манометра и манометра с неизвестной жидкостью, можно определить плотность последнего ρ_н

В нашем случае индекс «д.в.» относится к манометру с дистиллированной водой, а «н» к манометру с неизвестной плотностью рабочей жидкости, определяемой в процессе выполнения лабораторной работы. Если параметры определяемой рабочей жидкости представляют собой смесь двух жидкостей, то индекс «н» можно заменить индексом «см».

Основные, используемые в промышленности двухкомпонентные растворы (смеси) имеют табулированные соотношения между плотностью, температурой и концентрацией компонент раствора. Под концентрацией понимается доля компонента в смеси - объемная, массовая, мольная. Массовая концентрация С_м базируется на законе сохранения масс:

где m₁, m₂, и m_см - соответственно массы первого, второго компонента и всей смеси; индекс «i» определяет выбор компонента.

Расписывая массы (6) через объем и плотность, получим:

или

Для определения соотношения объемов (объемной концентрации) примем допущение идеальных, химически не реагирующих смесей:

где - объемы смеси первого и второго компонента, соответственно. Разделим (9) на и вычислим соотношение:

Подставляя (10) в (8) получим

или

Концентрация для 2-го компонента из (7), при выражении через плотности и объемы примет вид:

а после подстановки из (11) получим выражение для концентрации через плотности компонентов:

Таким образом, зная плотности исходных чистых компонентов (табличные) и экспериментальную плотность смеси можно определить массовую концентрацию любого из компонентов, а с учетом определения плотностей путем измерения давлений получаем возможность (с определенной степенью точности) лишь по сравнительному замеру жидкостными манометрами, определять концентрацию компонентов смеси.

1.3. Описание установки и порядок выполнения эксперимента

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки.

Она состоит из двух жидкостных U-образных манометров 1 и 2, одни концы которых свободно связаны с атмосферным давлением, а другие при помощи эластичных трубок объединены в общую пневматическую цепь 3 с пережимом 4 и источником давления - грушей 5. Манометр 1 заполнен рабочей жидкостью - дистиллированной водой, а во второй - смесью воды с этиловым спиртом.

Обработка данных.

Длина капилляра l=32 мм=0,032 м

Диаметр капилляра 0,45 мм = 0,00045 м

Объемный расход воздуха G=58 см³/с = 0,000058 м³/с

Режим1.

1) h₁-h₂=199мм=0,199м

Т=341 К

Разность давлений воды

P₁ -P₂= 1000 9.81 0.199=1950.2 Па

2) Коэффициент внутреннего трения воды.

3) Эффективное сечение соударения молекул

Режим 2.

1) Р₁ –Р₂ = 1000 9,81 0,234=2295,54 Па

2)

3)

Режим 3.

1) Р₁-Р₂= 1000 9,81 0,247=2423,07

2)

3) const =

Вывод: получили навыки экспериментального измерения давления жидкостными манометрами и применение результатов для теоретического определения объемного соотношения состава жидкой смеси.

Дата добавления: 2015-07-02