Отрицательное давление жидкости

Физические свойства жидкостей и газов

Отрицательное давление жидкости

Жидкость в гидравлике рассматривают как сплошную среду без пустот и промежутков. Кроме того, не учитывают влияние отдельных молекул, то есть даже бесконечно малые частицы жидкости считают состоящими из весьма большого количества молекул.

Из курса физики известно, что вследствие текучести жидкости, т.е. подвижности ее частиц, она не воспринимает сосредоточенные силы. Поэтому в жидкости действуют только распределенные силы, причем эти силы могут распределяться по объему жидкости(массовые или объемные силы) или по поверхности (поверхностные силы).

Объемные (массовые) силы

К объемным (массовым) силам относятся силы тяжести и силы инерции. Они пропорциональны массе и подчиняются второму закону Ньютона.

Поверхностные силы

К поверхностным силам следует отнести силы, с которыми воздействуют на жидкость соседние объемы жидкости или тела, так как это воздействие осуществляется через поверхности. Рассмотрим их подробнее.

Пусть на плоскую поверхность площадью S под произвольным углом действует сила R

Силу R можно разложить на тангенциальную Т и нормальную F составляющие.

Сила трения

Тангенциальная составляющая называется силой трения Т и вызывает в жидкости касательные напряжения (или напряжения трения):

= T / S

Единицей измерения касательных напряжений в системе СИ является Паскаль (Па) – ньютон, отнесенный к квадратному метру (1 Па = 1 Н/м2).

Давление в жидкости

Нормальная сила F называется силой давления и вызывает в жидкости нормальные напряжения сжатия, которые определяются отношением:

P = F/S

Нормальные напряжения, возникающие в жидкости под действием внешних сил, называются гидромеханическим давлением или просто давлением.

Системы отсчета давления

Рассмотрим системы отсчета давления. Важным при решении практических задач является выбор системы отсчета давления (шкалы давления). За начало шкалы может быть принят абсолютный нуль давления. При отсчете давлений от этого нуля их называют абсолютными – Pабс.

Однако, как показывает практика, технические задачи удобнее решать, используя избыточные давления Pизб, т.е. когда за начало шкалы принимается атмосферное давление.

Давление, которое отсчитывается “вниз” от атмосферного нуля, называется давлением вакуума Pвак, или вакуумом.

Pабс = Pатм + Pизб

где Pатм – атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением Pабс и давлением вакуума Pвак можно установить аналогичным путем:

Pабс = Pатм – Pвак

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (Pатм), но в разные стороны.

Таким образом, абсолютное, избыточное и вакуумное давления связаны и позволяют пересчитать одно в другое.

Единицы измерения давления

Практика показала, что для решения технических (прикладных) задач наиболее удобно использовать избыточные давления. Основной единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, возникающему при действии силы в 1 Н на площадь размером 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2).

Однако чаще используются более крупные единицы: килопаскаль (1 кПа = 103 Па) и мегапаскаль (1 МПа = 106 Па).

В технике широкое распространение получила внесистемная единица – техническая атмосфера (ат), которая равна давлению, возникающему при действии силы в 1 кгс на площадь размером 1 см2 (1 ат = 1 кгс/см2).

Соотношения между наиболее используемыми единицами следующие:

10 ат = 0,981 МПа ≈ 1 МПа или 1 ат = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

В зарубежной литературе используется также единица измерения давления бар

(1 бар = 105 Па).

В каких ещё единицах измеряется давление, можно посмотреть здесь

Рассмотрим некоторые свойства жидкостей, которые оказывают наиболее существенное влияние на происходящие в них процессы и поэтому учитываются при расчетах гидравлических систем.

Плотность и удельный вес

Важнейшими характеристиками механических свойств жидкости являются ее плотность и удельный вес. Они определяют “весомость” жидкости.

Под плотностью ρ (кг/м3) понимают массу жидкости m, заключенную в единице ее объема V, т.е.

ρ = m / V

Вместо плотности в формулах может быть использован также удельный вес γ (Н/м3), т.е. вес G = m⋅g, приходящийся на единицу объема V:

γ = G / V = m⋅g / V = ρ⋅g

Изменения плотности и удельного веса жидкости при изменении температуры и давления незначительны, и в большинстве случаев их не учитывают.

Плотности наиболее употребляемых жидкостей и газов (кг/м3):

бензин710…780
керосин790…860
вода1000
ртуть13600
масло гидросистем (АМГ-10)850
масло веретенное890…900
масло индустриальное880…920
масло турбинное900
метан0,7
воздух1,3
углекислый газ2,0
пропан2,0

Вязкость

Вязкость – это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

=μ⋅dv
dy

где dv/dy – градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Пас либо в пуазах 1 П = 0.1 Пас. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное – P; от фр.

poise) – единица динамической вязкости в системе единиц СГС.

Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

1 П = 1 г / (см·с) = 0,1 Н·с/м²

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ – паскаль-секунда (Па·c).

1 Па·c = 10 П

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Кинематическая вязкость:

Единицей измерения последней в системе СИ является м2/с или более мелкая единица – см2/с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см2/с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов – растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает.

В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Сжимаемость

Сжимаемость – это способность жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость капельных жидкостей и газов существенно различается. Так, капельные жидкости при изменении давления изменяют свой объем крайне незначительно. Газы, наоборот, могут значительно сжиматься под действием давления и неограниченно расширяться при его отсутствии.

Для учета сжимаемости газов при различных условиях могут быть использованы уравнения состояния газа или зависимости для политропных процессов.

Сжимаемость капельных жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия βр (Па-1):

где dV – изменение объема под действием давления; dр – изменение давления; V – объем жидкости.

Знак “минус” в формуле обусловлен тем, что при увеличении давления объем жидкости уменьшается, т.е. положительное приращение давления вызывает отрицательное приращение объема.

При конечных приращениях давления и известном начальном объеме V0 можно определить конечный объем жидкости:

V1 = V0·(1 – βр·Δp)

а также ее плотность

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия βр, называется объемным модулем упругости жидкости (или модулем упругости) К = 1/ βр (Па).

Эта величина входит в обобщенный закон Гука, связывающий изменение давления с изменением объема

Модуль упругости капельных жидкостей изменяется при изменении температуры и давления. Однако в большинстве случаев K считают постоянной величиной, принимая за нее среднее значение в данном диапазоне температур или давлений.

Модули упругости некоторых жидкостей (МПа):

бензин1300
керосин1280
вода2000
ртуть32400
масло гидросистем (АМГ-10)1300
масло индустриальное 201360
масло индустриальное 501470
масло турбинное1700

Температурное расширение

Способность жидкости изменять свой объем при изменении температуры называется температурным расширением. Оно характеризуется коэффициентом температурного расширения βt:

где dT- изменение температуры; dV- изменение объема под действием температуры; V – объем жидкости.

При конечных приращениях температуры:

V1 = V0·(1 + βt·ΔT)

Как видно из формул, с увеличением температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается.

Коэффициент температурного расширения жидкостей зависит от давления и температуры:

Т, °Cp, МПаβt, 1/град
00,114·10-6
10010700·10 -6

То есть при разных условиях коэффициент температурного расширения изменился в 50 раз. Однако на практике обычно принимают среднее значение в данном диапазоне температур и давления.Например, для минеральных масел βt ≈ 800·10-6 1/град.

Газы весьма значительно изменяют свой объем при изменении температуры. Для учета этого изменения используют уравнения состояния газов или формулы политропных процессов.

Испаряемость

Любая капельная жидкость способна изменять свое агрегатное состояние, в частности превращаться в пар. Это свойство капельных жидкостей называют испаряемостью. В гидравлике наибольшее значение имеет условие, при котором начинается интенсивное парообразование по всему объему – кипение жидкости.

Для начала процесса кипения должны быть созданы определенные условия (температура и давление). Например, дистиллированная вода закипает при нормальном атмосферном давлении и температуре 100°С. Однако это является частным случаем кипения воды.

Та же вода может закипеть при другой температуре, если она будет находиться под воздействием другого давления, т. е. для каждого значения температуры жидкости, используемой в гидросистеме, существует свое давление, при котором она закипает.

Давление при котором жидкость закипает, называют давлением насыщенных паров (pн.п.).

Величина pн.п. всегда приводится как абсолютное давление и зависит от температуры.

Для примера на рисунке приведена зависимость давления насыщенных паров воды от температуры.

На графике выделена точка А, соответствующая температуре 100°С и нормальному атмосферному давлению ра. Если на свободной поверхности воды создать более высокое давление р1, то она закипит при более высокой температуре Т1 (точка В на рисунке). И наоборот, при малом давлении р2 вода закипает при более низкой температуре Т2 (точка С).

Растворимость газов

Многие жидкости способны растворять в себе газы. Эта способность характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различается для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, то есть:

где Vг – объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (p0, Т0);
Vж – объем жидкости;k – коэффициент растворимости;

р – давление жидкости.

Источник: http://DomChtoNado.ru/fizicheskie-svoystva-zhidkostey-i-gazov.html

Давление в жидкости. Закон Паскаля. Зависимость давления в жидкости от глубины. урок. Физика 10 Класс

Отрицательное давление жидкости

В чем причина такого эффекта? Дело в том, что при смещении различных слоев жидкости относительно друг друга в ней не возникает никаких сил, связанных с деформацией. Нет сдвигов и деформаций в жидких и газообразных средах, в твердых же телах при попытке сдвинуть один слой против другого возникают значительные силы упругости.

Поэтому говорят, что жидкость стремится заполнить нижнюю часть того объема, в котором она помещается. Газ же стремится заполнить весь объем, в который его помещают.

Но это в действительности заблуждение, так как, если посмотреть на нашу Землю со стороны, мы увидим, что газ (земная атмосфера) опускается вниз и стремится заполнить некоторую область на поверхности Земли. Верхняя граница этой области достаточно ровная и гладкая, как и поверхность жидкости, заполняющей моря, океаны, озера.

Все дело в том, что плотность газа значительно меньше плотности жидкости, поэтому, если бы газ был очень плотным, он точно так же опускался бы вниз и мы видели верхнюю границу атмосферы.

В связи с тем, что в жидкости и газе не возникает сдвигов и деформаций – все силы взаимодействуют между различными областями жидкой и газообразной среды, это силы, направленные по нормальной поверхности, разделяющей эти части. Такие силы, направленные всегда по нормальной поверхности, называются силами давления.

Если мы разделим величину силы давления на некоторую поверхность на площадь этой поверхности, мы получим плотность силы давления, которую называют просто давление (или иногда добавляют гидростатическое давление), даже в газообразной среде, поскольку с точки зрения давления газообразная среда практически ничем не отличается от жидкой среды.

Свойства распределения давления в жидких и газообразных средах исследовались еще с начала XVII века, первым, кто установил законы распределения давления в жидкой и газообразной средах был французский математик Блез Паскаль.

Величина давления не зависит от направления нормали к той поверхности, на которой оказывается это давление, то есть распределение давления изотропно (одинаково) по всем направлениям.

Этот закон был установлен экспериментально. Предположим, что в некоторой жидкости существует прямоугольная призма, один из катетов которой расположен вертикально, а второй – горизонтально. Давление на вертикальную стенку будет равно Р2, давление на горизонтальную стенку будет Р3, давление на произвольную стенку будет Р1.

Три стороны образуют прямоугольный треугольник, силы давления, действующие на эти стороны, направлены по нормали к этим поверхностям. Поскольку выделенный объем находится в состоянии равновесия, покоя, никуда не движется, следовательно, сумма сил, на него действующих, равна нулю.

Сила, действующая по нормали к гипотенузе, пропорциональна площади поверхности, то есть равна давлению, умноженному на площадь поверхности. Силы, действующие на вертикальную и горизонтальную стенки, так же пропорциональны величинам площадей этих поверхностей и так же направлены перпендикулярно.

То есть сила, действующая на вертикаль, направлена по горизонтали, а сила, действующая на горизонталь, направлена по вертикали. Эти три силы в сумме равны нулю, следовательно, они образуют треугольник, который полностью подобен данному треугольнику.

Рис. 1. Распределение сил, действующих на предмет

В силу подобия этих треугольников, а они подобны, так как образующие их стороны перпендикулярны друг другу, следует, что коэффициент пропорциональности между площадями сторон этого треугольника должен быть для всех сторон одним и тем же, то есть Р1 = Р2 = Р3.

Таким образом, мы подтверждаем экспериментальный закон Паскаля, утверждающий, что давление направлено в любую сторону и одинаково по величине. Итак, мы установили, что по закону Паскаля давление в данной точке жидкости одинаково по всем направлениям.

Теперь докажем, что давление на одном уровне в жидкости везде одинаково.

Рис. 2. Силы, действующие на стенки цилиндра

Представим, что у нас есть цилиндр, наполненный жидкостью с плотностью ρ, давление на стенки цилиндра соответственно Р1 и Р2 , поскольку масса жидкости находится в состоянии покоя, то силы, действующие на стенки цилиндра, будут равны, так как и площади у них равны, то есть Р1 = Р2. Вот так мы доказали, что в жидкости на одном уровне давление одно и то же.

Рассмотрим жидкость, находящуюся в поле тяжести. Поле тяжести действует на жидкость и пытается ее сжать, но жидкость очень слабо сжимается, так как она не сжимаема и при любом воздействии плотность жидкости всегда одна и та же. В этом серьезное отличие жидкости от газа, поэтому формулы, которые мы рассмотрим, относятся к несжимаемой жидкости и не применимы в газовой среде.

Рис. 3. Предмет с жидкостью

Рассмотрим предмет с жидкостью площадью S = 1, высотою h, плотностью жидкости ρ, который находится в поле тяжести с ускорением свободного падения g.

Сверху давление жидкости Р0 и снизу давление Рh , так как предмет находится в состоянии равновесия, то сумма сил, на него действующих, будет равна нулю.

Сила тяжести будет равна плотности жидкости на ускорение свободного падения и на объем Fт = ρ g V, так как V = h S, а S = 1, то у нас получится Fт = ρ g h.

Суммарная сила давления равна разности давлений, умноженной на площадь поперечного сечения, но так как у нас она равна единице, то P = Рh  – Р0

Так как этот предмет у нас не движется, то  эти две силы равны друг другу Fт = P.

Мы получаем зависимость давления жидкости от глубины или закон гидростатического давления. Давление на глубине h отличается от давления на нулевой глубине на величину ρ g h: Рh =  Р0  + ( ρ g h ).

Используя два выведенных утверждения, мы можем вывести еще один закон – закон сообщающихся сосудов.

Рис. 4. Сообщающиеся сосуды

Два цилиндра различного сечения соединены между собой, нальем жидкость плотностью ρ в эти сосуды. Закон сообщающихся сосудов утверждает: уровни в этих сосудах будут абсолютно одинаковы. Докажем это утверждение.

Давление сверху меньшего сосуда Р0 будет меньше давления на дне сосуда на величину ρ g h, точно так же давление Р0 будет меньше давления на дне и у большего сосуда на такую же величину ρ g h, так как плотность и глубина у них одинаковы, следовательно, эти величины у них будут одинаковы.

Если же в сосуды налить жидкости с разными плотностями, то уровни у них будут различны.

Законы гидростатики были установлены Паскалем еще в начале XVII века, и с тех пор на основе этих законов работает огромное количество самых разных гидравлических машин и механизмов. Мы рассмотрим устройство, которое носит название гидравлический пресс.

Рис. 5. Гидравлический пресс

В сосуде, состоящем из двух цилиндров, с площадью сечения S1 и S2  налитая жидкость устанавливается на одной высоте. Поставив поршни в эти цилиндры и приложив силу F1, получим F1 = Р0 S1.

Приложив силу F2, получим F2 = Р0 S2.

Из-за того, что давления, приложенные к поршням, одинаковы, легко увидеть, что сила, которую необходимо приложить к большому поршню, чтобы удержать его в покое, будет превышать силу, которая приложена к малому поршню, коэффициент отношения этих сил есть площадь большого поршня делить на площадь малого поршня.

S2

F2 = F1  ̶

S1

Прикладывая сколь угодно малое усилие к малому поршню, мы разовьем очень большое усилие на большем поршне – именно таким образом и работает гидравлический пресс. Усилие, которое будет приложено к большему прессу или к детали, помещенной в то место, будет сколь угодно большим.

Следующая тема – законы Архимеда для неподвижных тел.

Домашнее задание

  1. Дать определение закону Паскаля.
  2. Что утверждает закон сообщающихся сосудов.
  3. Ответить на вопросы сайта (Источник).

Список рекомендованной литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Громов С.В., Родина Н.А. Физика 7 класс, 2002.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/bmehanika-sistemy-telb/davlenie-v-zhidkosti-zakon-paskalya-zavisimost-davleniya-v-zhidkosti-ot-glubiny

Отрицательное давление

Отрицательное давление жидкости

Одним из главных параметров вентиляционной системы является давление. Вентилятор, всасывающий воздух из атмосферы и нагнетающий его в объем, создает определенную разность давлений междуатмосферой и этим объемом.

В данной публикации мы говорим просто «давление», если оно соотнесено со стандартным давлением.

Поскольку разность может быть положительной или отрицательной, будут различаться положительное и отрицательное давление. Оба они измеряются относительно стандартного давления воздуха.

В вентиляционных системах могут использоваться и положительные, и отрицательное давление. Это зависит от того, извлекается воздух из объема или нагнетается в объем.

Вентилятор, забирающий снаружи свежий воздух, будет сначала создавать некоторое отрицательное давление в воздуховоде между воздухозабором и вентилятором. Это отрицательное давление вызывает поток воздуха с улицы (где давление является более высоким) в воздухозабор.

В зависимости от сопротивления воздухозабора и мощности вентилятора, это давление может достичь значений, опасных для наших изделий.

Далее объясняется, что происходит, если в воздуховоде возникает отрицательное давление, и какие защитные меры следует принять для того, чтобы предотвратить повреждение воздуховода.

2. Разница между положительным и отрицательным давлением

Очень важно иметь ввиду, что положительное и отрицательное давление оказывают на воздуховоды разное влияние. Положительное давление в объеме создает силы, направленные наружу. Эти силы возникают за счет ударов молекул о стенки объема.

3. Отрицательное давление в гибких воздуховодах

Когда в воздушный шар накачивается воздух, его объем увеличивается. Вследствие увеличения напряжений в стенках возникает обратная сила, достигается равновесие и растяжение прекращается. Отрицательное давление внутри объема приводит фактически к тому же самому результату. Возникают усилия, но теперь направленные внутрь объема.

Поведение объема зависит от его размеров и структуры стенок. Известно, что большие объемы более чувствительны к давлению, чем маленькие. Это объясняется тем фактом, что давление равно силе, приложенной к определенной площади. Давление в 1000 Па создает силу, соответствующую действию массы 100 кг. на площадь 1 м2.

Увеличение объема (увеличение диаметра) приводит к увеличению полной силы, действующей на поверхность стенки.

Не требуется объяснять, что гибкий воздуховод с большим диаметром будет менее устойчив к отрицательным давлениям.Существуют два типа деформации гибких воздуховодов отрицательным давлением. Воздуховод может быть либо смят, либо подвергнут так называемому «эффекту домино».

Ниже будут объяснены оба эти типа деформации воздуховодов.

4. Эффект домино

В зависимости от конструкции гибкого воздуховода могут наблюдаться несколько эффектов. На нескольких последующих чертежах будет показан эффект, наиболее существенный для гибких воздуховодов.

Чертеж 1

Таково нормально положение проволочной спирали в стенке гибкого воздуховода, если смотретьна него сбоку.

Два соседних витка проволоки соединены слоистым материалом воздуховода. В зависимости от характера этого материала расстояние между витками проволоки может быть различным. Проволока предотвращает образование на воздуховоде вмятин и т.п. Однако слоистый материал также придает воздуховоду жесткость или мягкость.

Выше уже было сказано, что силы, создаваемые отрицательным давлением в воздуховоде, направлены внутрь воздуховода. Обычно их направление перпендикулярно к стенке воздуховода. При этом проволока, так же как и слоистый материал, должна выдерживать эти усилия.

На чертеже 2 усилия показаны стрелками. При этом максимальное допустимое усилие определяется сопротивлением разрыву материала стенки.

Чертеж 2

Оно будет примерно таким же, как максимальное положительное давление, которое показано стрелками, направленными в противоположном направлении (чертеж 3).

Чертеж 3

К сожалению, дело обстоит не совсем так. Фактически витки будут складываться, как ряд костяшек домино (см. чертеж 4).

При таком движении объем внутри воздуховода уменьшается под действием силы наружного давления.

Чертеж 4

Для проявления этого эффекта требуется гораздо меньшее усилие. Полезно знать, какие важные части воздуховода определяют устойчивость к эффекту домино.

В зависимости от характера материалов, движению воздуховода будет противодействовать большая или меньшая сила. Однако эта сила гораздо меньше, чем сила,необходимая для разрыва материала.

Разрыв может произойти при приложении слишком большого положительного давления.

Поэтому максимальное отрицательное давление, которое может выдержать гибкий воздуховод, гораздо меньше максимального положительного давления.

Исходя из этого вывода, мы приходим к одному из важнейших факторов, определяющих поведение гибкого воздуховода при отрицательном давлении. Каким образом можно добиться оптимального сопротивления отрицательному давлению?

Чтобы достичь этого, необходимо минимизировать вероятность эффекта домино. Для этого существует несколько возможностей:

  1. Для стенок воздуховода можно использовать более жесткий материал. Более жесткий материал не будет легко сминаться, и поэтому деформировать прямоугольник, будет тяжелее. Однако изделие соответственно получится менее гибким.
  2. Можно использовать более толстую проволоку. Жесткость проволоки определяет сопротивление деформированию в соответствии с «действием 1».
  3. Деформирование прямоугольника, затрудняется при уменьшении шага проволочной спирали. «А» и «D» становятся короче, в результате чего «С» и «В» располагаются ближе друг к другу. Сдвинуть «С» относительно «В» становится труднее. Уменьшение шага витков проволоки является очень хорошим способом повышения устойчивости к отрицательному давлению, однако при этом соответственно возрастает цена воздуховода.
  4. Последняя возможность является одной из важнейших! Три первых способа должны быть реализованы изготовителем, т. к. при этом меняется структура стенки воздуховода. Последний способо может быть реализован пользователем воздуховода без каких-либо изменений в конструкции реального воздуховода. Поскольку этот последний способ оказывает большое влияние на способность воздуховода сопротивляться отрицательному давлению, его объяснению будет уделено несколько большее внимание. На чертеже 5 показан воздуховод, испытывающий эффект домино.

Чертеж 5

Как правило, точки PQR и S крепятся к какому-либо ??&&??&&, который присоединен к главной вентиляционной системе.

Поэтому Pбудет располагаться прямо над Q, а R над S.

Фактически воздуховод, изображенный на чертеже 6, должен быть смонтирован так, как показано на чертеже 6.

Чертеж 6

P находится прямо над Q, а R над S. Первый и последний витки проволоки должны быть расположены вертикально. Витки посредине деформированы отрицательным давлением.

Однако эти средние витки могут подвергнуться эффекту домино только в том случае, если в точках P и S существует достаточный запас материала.

Материал в точке Q сжимается, а в точке P растягивается, чтобы проволока получила возможность смещения в соответствии с эффектом домино.

При отсутствии запаса слоистый материал будет удерживать проволоку в положении, показанном на чертеже 7. Это будет наблюдаться в том случае, если гибкий воздуховод был полностью растянут и подсоединен к принадлежностям с некоторым натягом. Можно сказать, что при этом каждый виток растягивается с обеих сторон и поэтому неспособен смещаться.

Благодаря этому эффект домино предотвращается! Монтаж этим методом затруднен, если форма воздуховода должна быть криволинейной. Несмотря на это, важно смонтировать воздуховод в оптимальном положении и должным образом натянуть и подсоединить его.

Нами был рассмотрен первый из двух типов повреждения гибких воздуховодов отрицательным давлением. Вторым типом является смятие.

Чертеж 7

5. Смятие

Данный эффект наблюдается, если проволочная спираль воздуховода менее прочна, чем конструкция стенок. Это означает, что конструкция стенок лучше сопротивляется эффекту домино, чем проволочная спираль смятию.

Деформации, возникающие при смятии воздуховода, являются такими же, как если положить на воздуховод тяжелый предмет. Воздуховод просто сплющивается.

Для этого все витки спирали необходимо превратить в овал или даже в плоскость.

  • Проволока сгибается в двух местах каждого витка. Нетрудно понять, что сопротивление такому смятию увеличивается, если увеличивается толщина проволки или уменьшается расстояние между витками проволки. Это объясняет, почему воздуховод пылесоса имеет толстую проволоку и очень маленький шагвитков.
  • Очень важно иметь ввиду, что устойчивость гибкого воздуховода очень сильно падает при увеличении диаметра. Силы, действующие на поверхность воздуховода большего диаметра, создают большие напряжения в проволочной спирали, и поэтому воздуховод легче сминается. Если при очень большом диаметре, например 710 мм., использовать слишком тонкую проволоку, воздуховод будет сминаться почти что под действием собственного веса. Очень малое давление может вызвать полное сплющивание.
  • Пользователь почти ничего не может сделать для увеличения сопротивления смятию. Когда воздуховод достигает предела своих возможностей, начинает деформироваться и превращается в овал, пользователь не в состоянии ничего предпринять, кроме уменьшения отрицательного давления или применения лучшего воздуховода.

6. Заключение

Мы увидели, что отрицательное давление является более опасным для воздуховода, чем положительное. В зависимости от диаметра и конструкции стенок воздуховода будут наблюдаться смятие или эффект домино.

Если первым возникает эффект домино, пользователь может принять некоторые меры, чтобы существенно улучшить поведение воздуховода за счет надлежащего монтажа.

Но как только возникает эффект смятия, можно быть уверенным, что достигнут предел возможностей данного воздуховода.

Оценить поведение гибкого воздуховода при отрицательных давлениях можно с помощью лабораторных испытаний, однако результаты всегда будут относиться только к испытательной ситуациии к использовавшейся в данных конкретных испытаниях форме воздуховода. Деформация воздуховода во время монтажа из-за небрежного обращения, а также способ монтажа могут оказать настолько сильное влияние, что полученные данные не будут корректными.

Источник: https://diaflex.ru/2012-07-07-02-11-23/otritsatelnoe-davlenie

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Отрицательное давление жидкости

Cтраница 1

Отрицательное давление РІ жидкости реализуется, например, РІ капиллярах СЃ маленьким внутренним диаметром.  [2]

Отрицательное давление впервые получил Донни. Его установка была предельно проста. Р�спользовалась U-образная трубка, РѕРґРЅРѕ колено которой запаивалось, Р° РґСЂСѓРіРѕРµ подключалось Рє вакуумному насосу.  [3]

Отрицательные давления РІ жидкости РїРѕСЂСЏРґРєР° нескольких атмосфер можно осуществить, если тщательно профильтрованную Рё прокипяченную ртуть поместить РІ трубку, РїРѕРґРѕР±РЅСѓСЋ барометрической, РЅРѕ гораздо более длинную. РџСЂРё осторожном вытягивании трубки РёР· СЃРѕСЃСѓРґР° удается выдвинуть ее запаянный конец над уровнем ртути РІ СЃРѕСЃСѓРґРµ РЅР° несколько метров вверх без того, чтобы ртуть оторвалась РѕС‚ запаянного конца трубки. Значительно большие отрицательные давления получают, запаивая СЂ РІ нагретом состоянии РІРѕРґСѓ, ртуть Рё РґСЂСѓРіРёРµ жидкости, освобожденные РѕС‚ центров конденсации, РІ толстостенные капилляры. РџСЂРё остывании этих капилляров, жидкость, сжимающаяся значительней стекла, должна была Р±С‹ занять лишь часть объема капилляра.  [4]

Отрицательное давление может проявится РїСЂРё цементировании скважин, РЅР° выкидной линии гидравлических насосов, Р° также РїСЂРё испытании переводников для улучшения показателей бурения, изоляции Р·РѕРЅ поглощений. Есть основание считать отрицательное давление РѕРґРЅРёРј РёР· факторов обусловливающих различные осложения РІ скважине РїСЂРё СЃРїСѓСЃРєРѕ-подъемннх операциях.  [5]

Отрицательное давление может получиться и в хорошо прокипяченной воде при комнатной температуре.

Напротив, у эфира изотермы для легко наблюдаемых температур уже не спускаются ниже оси абсцисс.

Поэтому, если РІ приведенном опыте иметь над ртутью немного эфира, то РїСЂРё этих температурах можно сделать ртутный столб таким длинным, что давление, господствующее РІ эфире, станет меньше, чем давление насыщенного пара эфира РїСЂРё этой температуре, РЅРѕ РЅРµ таким длинным, чтобы давление стало отрицательным.  [6]

Отрицательные давления, которые часто наблюдаются РІ течках циклонов, крайне затрудняют выгрузку пыли РёР· циклона.  [7]

Впервые отрицательное давление ( или гидростатическое растяжение) РІ жидкости было получено РІ 1849 Рі. РІ опытах Донни.  [8]

Полученное отрицательное давление, хотя Рё является кратковременным, тем РЅРµ менее РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє значительному перегреву жидкости Рё спонтанному парообразованию Рё газовыделению, Рѕ чем свидетельствует существенное падение температуры. Последующее восстановление температуры обусловлено главным образом обратной конденсацией пара. Полная обратная конденсация пара Рё растворение РІ жидкости выделившегося газа – сравнительно долгий процесс, что подтверждается тем фактом, что РїСЂРё повторных опытах РІ течение часа после первого опыта хотя Рё наблюдается резкое падение давления, однако отрицательное давление РїСЂРё этом проявляется менее выражение или РІРѕРІСЃРµ РЅРµ возникает Рё давление снижается приблизительно РґРѕ вакуума. Практически полное восстановление системы РІ статических условиях наблюдается через 10 – 12 С‡ Рё РїСЂРё этом максимальное отрицательное давление наблюдается лишь РїСЂРё первом раскрытии потока. Аналогично максимальное падение температуры наблюдается РїСЂРё первом раскрытии потока; РїСЂРё последующих раскрытиях РѕРЅРѕ значительно меньше.  [9]

Абсолютное отрицательное давление 2 атм соответствует 3 отрицательным атмосферам РїРѕ манометру.  [10]

Впервые отрицательное давление ( или гидростатическое растяжение) РІ жидкости было получено РІ 1849 Рі. РІ опытах Донни.  [11]

Эффект отрицательного давления позволяет пользоваться реальными жидкостными системами, тогда как РїСЂРё статическом РїРѕРґС…РѕРґРµ необходимо соблюдать большую строгость РІ отношении чистоты жидкостей. Это обстоятельство позволяет создавать Рё использовать кратковременные отрицательные давления РІРѕ РјРЅРѕРіРёС… технологических процессах.  [12]

Р�Р·-Р·Р° отрицательного давления РЅР° обратной стороне цилиндра струя РїРѕРґ действием атмосферного давления прижимается Рє цилиндру, что, как следствие, РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє практически безотрывному обтеканию.  [13]

Величина отрицательного давления около анода РІ опытах РїРѕ электроосмотическому обезвоживанию грунтов оценивается РІ 0 3 – 0 8 ат РїСЂРё отсутствии подпитки РІРѕРґРѕР№.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id653433p1.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.