В технических приложениях давление обычно называют абсолютным давлением . Кроме того, вводят так называемое избыточное давление и вакуум, определение которых осуществляется по отношению к атмосферному давлению.

Если давление больше атмосферного (), то превышение давления над атмосферным называют избыточным давлением:

;

если давление меньше атмосферного, то недостаток давления до атмосферного называют вакуумом (или вакууметрическим давлением):

Очевидно, что обе эти величины – положительные. Например, если говорят: избыточное давление равно 2 атм ., то это означает, что абсолютное давление равно . Если говорят, что в сосуде вакуум составляет 0,3 атм ., то это означает, что абсолютное давление в сосуде равно и т.д.

ЖИДКОСТИ. ГИДРОСТАТИКА

Физические свойства жидкостей

Капельные жидкости – это сложные системы, обладающие многими физико-химическими свойствами. Нефтяная и нефтехимическая промышленность, помимо воды, имеет дело с такими жидкостями, как сырая нефть, светлые нефтепродукты (бензины, керосины, дизельные и печные топлива и т.п.), различные масла, а также с другими жидкостями, являющимися продуктами переработки нефти. Остановимся, прежде всего, на тех свойствах жидкости, которые важны для изучения гидравлических проблем транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов.

Плотность жидкостей. Свойства сжимаемости

И теплового расширения

Каждая жидкость при некоторых стандартных условиях (например, атмосферном давлении и температуре 20 0 С) имеет номинальную плотность . Например, номинальная плотность пресной воды составляет 1000 кг/м 3 , плотность ртути равна 13590 кг/м 3 , сырых нефтей 840-890 кг/м 3 , бензинов 730-750 кг/м 3 , дизельных топлив 840-860 кг/м 3 . В то же время плотность воздуха составляет кг/м 3 , а природного газа кг/м 3 .

Однако при изменении давления и температуры плотность жидкости изменяется: как правило, при увеличении давления или уменьшении температуры она увеличивается, а при уменьшении давления или увеличении температуры она уменьшается.

Упругие жидкости

Изменения плотности капельных жидкостей обычно невелики по сравнению с номинальным значением (), поэтому для описания свойств их сжимаемости в ряде случаев используют модель упругой жидкости. В этой модели плотность жидкости зависит от давления согласно формуле

в которой коэффициент называют коэффициентом сжимаемости ; плотность жидкости при номинальном давлении . Эта формула показывает, что превышение давления над ведет к увеличению плотности жидкости, в обратном случае – к уменьшению.

Используется также модуль упругости К (Па ), который равен . В этом случае формула (2.1) записывается, как

. (2.2)

Средние значения модуля упругости для воды Па , нефти и нефтепродуктов Па . Отсюда следует, что отклонения плотности жидкости от номинальной плотности крайне незначительны. Например, если МПа ( атм.), то для жидкости с кг /м 3 отклонение составит 2,8 кг /м 3 .

Жидкости с тепловым расширением

То, что различные среды при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются, учитываются в модели жидкости с объемным расширением. В этой модели плотность есть функция от температуры , так что :

в которой () - коэффициент объемного расширения, а и номинальные плотность и температура жидкости. Для воды, нефти и нефтепродуктов значения коэффициента приведены в таблице 2.1.

Из формулы (2.3) следует, в частности, что при нагревании, т.е. в тех случаях, когда , жидкость расширяется; а в тех случаях, когда , жидкость сжимается.

Таблица 2.1

Коэффициент объемного расширения

Плотность , кг/м 3	Коэффициент , 1/ 0 C
700-719	0,001225
720-739	0,001183
740-759	0,001118
760-779	0,001054
780-799	0,000995
800-819	0,000937
820-839	0,000882
840-859	0,000831
860-880	0,000782

Пример 1 . Плотность бензина при 20 0 С равна 745 кг/м 3 . Какова плотность этого же бензина при температуре 10 0 С?

Решение. Используя формулу (2.3) и таблицу 1, имеем:

кг/м 3 , т.е. эта плотность увеличилась на 8,3 кг/м 3 .

Используется также модель жидкости, учитывающей как барическое, так и тепловое расширение. В этой модели , причем справедливо следующее уравнение состояния:

. (2.4)

Пример 2 . Плотность бензина при 20 0 С и атмосферном давлении (МПа ) равна 745 кг/м 3 . Какова плотность этого же бензина при температуре 10 0 С и давлении 6,5 МПа?

Решение. Используя формулу (2.4) и таблицу 2.1, имеем:

кг /м 3 , т.е. эта плотность увеличилась на 12 кг /м 3 .

Несжимаемая жидкость

В тех случаях, когда изменениями плотности у частиц жидкости можно пренебречь, используют модель так называемой несжимаемой жидкости. Плотность каждой частицы такой гипотетической жидкости остается постоянной в течение всего времени движения (иными словами, полная производная ), хотя она может быть и разной у разных частиц (как, например, у водонефтяных эмульсий). Если же несжимаемая жидкость однородна, то

Подчеркнем, что несжимаемая жидкость представляет собой лишь модель , которую можно использовать в тех случаях, когда изменения плотности жидкости много меньше значения самой плотности , так что .

Вязкость жидкости

Если слои жидкости движутся друг относительно друга, то между ними, возникают силы трения. Эти силы называют силами вязкого трения,а свойство сопротивления относительному движению слоев - вязкостью жидкости.

Пусть, например, слои жидкости движутся так, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. К определению вязкого трения

Здесь распределение скоростей в потоке, а направление нормали к площадке . Верхние слои движутся быстрее нижних, поэтому со стороны первых действует сила трения, увлекающая вторые вперед по ходу течения, а со стороны нижних слоев действует сила трения, тормозящая движение верхних слоев. Величина - это x -составляющая силы трения между слоями жидкости, разделенными площадкой с нормалью y , рассчитанная на единицу площади.

Если ввести в рассмотрение производную , то она будет характеризовать скорость сдвига, т.е. разность скоростей слоев жидкости, рассчитанную на единицу расстояния между ними. Оказывается, что для многих жидкостей справедлив закон, согласно которому касательное напряжение между слоями пропорционально разности скоростей этих слоев, рассчитанной на единицу расстояния между ними :

Смысл этого закона понятен: чем больше относительная скорость слоев жидкости (скорость сдвига), тем больше сила трения между слоями.

Жидкость, для которой справедлив закон (2.5) называют ньютоновской вязкой жидкостью . Многие капельные жидкости удовлетворяют этому закону, однако, входящий в него коэффициент пропорциональности оказывается различным для различных жидкостей. Говорят, что такие жидкости являются ньютоновскими, но с разной вязкостью.

Коэффициент пропорциональности , входящий в закон (2.5), называют коэффициентом динамической вязкости.

Размерность этого коэффициента такова

В системе СИ измеряется в и выражается в Пуазах (Пз ). Эта единица введена в честь Жана Луи Мари Пуазейля , (1799-1869) – выдающегося французского врача и физика, много сделавшего для изучения движения жидкости (в частности, крови) в трубе.

Пуаз определяется так: 1 Пз = 0,1 . Чтобы составить представление о величине 1 Пз , заметим, что коэффициент динамической вязкости воды в сто раз меньше 1 Пз, т.е. 0,01 Пз = 0,001 = 1 санти Пуаз. Вязкость бензинов составляет 0,4-0,5 Пз, дизельных топлив 4 – 8 Пз , нефти – 5-30 Пз и больше.

Для описания вязких свойств жидкости важен также другой коэффициент, являющийся отношением коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости, а именно . Этот коэффициент обозначают и называют коэффициентом кинематической вязкости .

Размерность коэффициента кинематической вязкости такова:

= .

В системе СИ измеряется м 2 /с и выражается Стоксами (Джордж Габриель Стокс (1819-1903) – выдающийся английский математик, физик и гидромеханик):

1 Ст = 10 -4 м 2 /с.

При таком определении кинематической вязкости для воды имеем:

Иными словами, единицы измерения для динамической и кинематической вязкости выбраны таким образом, чтобы и та, и другая для воды была бы равна 0,01 единицы: 1 сПз в первом случае и 1 сСт – во втором.

Для справки укажем, что кинематическая вязкость бензина составляет примерно 0,6 сСт; дизельного топлива - сСт; маловязкой нефти - сСт и т.д.

Зависимость вязкости от температуры . Вязкость многих жидкостей - воды, нефти и почти всех нефтепродуктов - зависит от температуры. При повышении температуры вязкость уменьшается, при понижении - увеличивается. Для расчета зависимости вязкости, например, кинематической от температуры используются различные формулы, в том числе и формула О.Рейнольдса - П.А.Филонова

Решение. По формуле (2.7) рассчитываем коэффициент : . По формуле (2.6) находим искомую вязкость: сСт.

Идеальная жидкость

Если силы трения между слоями жидкости много меньше нормальных (сдавливающих) сил, то вводят модель так называемой идеальной жидкости . В этой модели считается, что касательные силы трения между частицами, разделенными площадкой, отсутствуют и при течении жидкости, а не только в состоянии покоя(см. в п. 1.9 определение жидкости). Такая схематизация жидкости оказывается весьма полезной в тех случаях, когда касательные составляющие сил взаимодействия (силы трения) много меньше их нормальных составляющих (сил давления). В других же случаях, когда силы трения сопоставимы с силами давления или даже превосходят их, модель идеальной жидкости оказывается неприменимой.

Поскольку в идеальной жидкости существуют только нормальные напряжения, то вектор напряжения на любой площадке с нормалью перпендикулярен этой площадке . Повторяя построения п.1.9, можно заключить, что в идеальной жидкости все нормальные напряжения равны по величине и отрицательны (). Следовательно, в идеальной жидкости существует параметр , называемый давлением:, , а матрица напряжений имеет вид:

. (2.8)

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая (рис.2.2).

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением

абсолютным, избыточным и вакуумом

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля (рис. 2.2). В этой системе атмосферное давление. Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

Как видно, эти три шкалы давления различаются между собой либо началом, либо направлением отсчета, хотя сам отсчет может вестись при этом в одной и той же системе единиц. Если давление определяется в технических атмосферах, то к обозначению единицы давления (ат ) приписывается ещё одна буква, в зависимости от того, какое давление принято за «нулевое» и в каком направлении ведется положительный отсчет.

Например:

Абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

Избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

Вакуум составляет 0,1 кг/см 2 .

Чаще всего инженера интересует не абсолютное давление, а его отличие от атмосферного, поскольку стенки конструкций (бака, трубопровода и т.п.) обычно испытывают действие разности этих давлений. Поэтому в большинстве случаев приборы для измерения давления (манометры, вакуумметры) показывают непосредственно избыточное (манометрическое) давление или вакуум.

Единицы давления. Как следует из самого определения давления, его размерность совпадает с размерностью напряжения, т.е. представляет собой размерность силы, отнесенную к размерности площади.

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление, вызываемое силой, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью, т.е.. Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):

В технике в настоящее время в некоторых случаях продолжают применять также техническую МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда, а) и физическую СГС (сантиметр, грамм, секунда) системы единиц. Используются также внесистемные единицы - техническую атмосферу и бар:

Не следует также смешивать техническую атмосферу с физической, которая все ещё имеет некоторое распространение в качестве единицы давления:

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами.

1-ое свойство. Силы гидростатического давления в покоящейся жидкости всегда направлены внутрь по нормали к площадке действия, т.е. являются сжимающими.

Это свойство доказывается от противного. Если предположить, что силы направлены по нормали наружу, то это равносильно появлению в жидкости растягивающих напряжений, которых она воспринимать не может (это вытекает из свойств жидкости).

2-ое свойство . Величина гидростатического давления в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково, т.е. не зависит от ориентации в пространстве площадки, на которую оно действует

где - гидростатические давления по направлению координатных осей;

То же по произвольному направлению .

Для доказательства этого свойства выделим в неподвижной жидкости элементарный объем в форме тетраэдра с ребрами, параллельными координатным осям и соответственно равными , и (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема для доказательства свойства

о независимости гидростатического давления от направления

Введем обозначения: - гидростатическое давление, действующее на грань, нормальную к оси ;

Давление на грань, нормальную к оси ;

Давление, действующее на наклонную грань;

Площадь этой грани;

Плотность жидкости.

Запишем условия равновесия для тетраэдра (как для твердого тела) в виде трех уравнений проекций сил и трех уравнений моментов:

При уменьшении в пределе объема тетраэдра до нуля система действующих сил преобразуется в систему сил проходящих через одну точку, и, таким образом, уравнения моментов теряют смысл.

Таким образом, внутри выделенного объема на жидкость действует единичная массовая сила, проекции ускорений которой равны , , и . В гидравлике принято массовые силы относить к единице массы, а так как , то проекция единичной массовой силы численно будет равна ускорению.

где ,,- проекции единичной массовой силы на оси координат;

Масса жидкости;

Ускорение.

Составим уравнение равновесия выделенного объема жидкости в направлении оси , учитывая при этом, что все силы направлены по нормалям к соответствующим площадкам внутрь объема жидкости:

где - проекция силы от гидростатического давления;

Проекция силы от давления ;

В классической физике, например, в термодинамике, давление измеряется в единицах абсолютного давления относительно абсолютного вакуума, но, говоря о давлении в технике, мы обычно имеем в виду т.н. приборное или избыточное давление (изредка его еще называют "действующим", и совсем редко "манометрическим").

Все эти понятия связаны следующим нехитрым равенством: Абсо-лютное давление на планете земля, это суммарное давле-ние, воздействующее на вещество, или другими словами это сумма атмо-сферного (барометрического) и избыточного давлений:

Р абс =Р атм +Р изб

Разница между понятиями в том, что:

приборное или избыточное ("действующее", "манометрическое") давление измеряется относительно атмосферного, или:
ноль приборного (избыточного) давления равен атмосферному (барометрическому) давлению, или
абсолютный вакуум равен "минус одной атмосфере" приборного (избыточного,манометрического) давления и, при этом, равен нулю абсолютного давления.

Имейте в виду, что в подавляющем большинстве случаев в инжнерной жизни говоря о давлении имеют в виду именно приборное (избыточное) давление. Но всегда можно и переспросить.

Единица давления psig - приборное (избыточное над атмосферным) давление в psi (фунтах на квадратный дюйм) - единица англосаксов. Единица давления psia - абсолютное в psi (фунтах на квадратный дюйм).

Абсолютное давление - величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами - давление относительно абсолютного вакуума.
Барометрическое давление, атмосферное дваление - это абсолютное давление земной атмосферы. Свое названиеэтот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум.
Давление избыточное - имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. Это, очевидно, положительное приборное давление.
Вакуум или по другому вакуумметрическое давление это величина на которую измеряемое приборное давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных от -103 до 0 кПа. Приборы способные измерять этот тип давления называют вакуумметрами. Это, само-собой, отрицательное приборное давление.
Дифференциальное давлени е возникает когда сравнивается одно давление относительно другого. В строгом смысле все виды двления, кроме абсолютного - диффренциальные:)

/ 27.09.2018

Определить абсолютное и вакуумметрическое давление в резервуаре. Абсолютное, избыточное и дифференциальное давление – нулевая отметка. Что будем делать с полученным материалом

Рис. 2.2. Шкалы давления. Связь между давлением

абсолютным, избыточным и вакуумом

Рисунок 1 Пример схемы компоновки. Рисунок 2 Кривые превышения давления для зданий в примере. После того, как для определенного местоположения было разработано одно или несколько кривых превышения избыточного давления, необходимо оценить риск здания. Обычно это связано с применением приемлемости риска или критерием толерантности к риску для занятого здания и оценки способности здания выдерживать расчетное избыточное давление. Общим подходом к этой части анализа является оценка избыточного давления в здании, соответствующем конкретной вероятности воздействия.

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление отсчитывается от , т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат :

Если такого уровня избыточного давления достаточно, чтобы нанести ущерб зданию, что приводит к травмам его пассажиров, вероятность взрыва становится невыносимой, и требуется некоторая форма снижения риска. Для большинства зданий «обычной» конструкции эта величина избыточного давления не способна нанести значительный ущерб зданию или повредить жителей зданий. Некоторые окна могут быть повреждены, и может произойти другой незначительный урон, но маловероятно, что здание потерпит структурный сбой.

Если мы предположим, что здания имеют стальную форму с металлическим сайдингом, 7 фунтов на квадратный дюйм могут нанести значительный ущерб в той степени, в которой здания могут пострадать. Ожидается, что здания не разрушатся, но могут испытывать значительную деформацию и, вероятно, будут испытывать потерю большей части внешней металлической обшивки. Этот тип результата указывает на то, что контрольные и лабораторные здания должны быть перемещены в более отдаленное место или модернизированы, чтобы выдерживать избыточные давления до 7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы защитить пассажиров от травм.

Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называется недостаток давления до атмосферного

Связь вероятности с последствием позволяет рассматривать события больших последствий в свете их низкой вероятности и показывает, что наиболее вероятными событиями являются события с малым воздействием избыточного давления. Моделирование взрывов предсказывает как избыточное давление, так и импульс для любого данного взрыва.

Применение кривых превышения избыточного давления представляет собой существенное улучшение в определении местоположения здания исключительно на результатах анализа последствий. Если для здания не существует значительных ядовитых или пожароопасных опасностей, такой анализ может стать основой для принятия решений о размещении.

Бабита имеет степень электротехники и преподавала студентам-инженерам и студентам, готовящимся к поступлению в медицинские и стоматологические кабинеты. В этом уроке мы определим термины абсолютное, атмосферное и калибровочное давление и изучим уравнение, связывающее эти три члена. Мы также увидим примеры калибровочного давления.

Вы едете по шоссе и замечаете, что автомобиль слегка тянут в сторону. Итак, вы берете машину своему механику Майку, эксперту-механику, который сразу же замечает, что шины выглядят слегка спущенными. Он использует манометр для проверки шин и говорит, что передние шины имеют значение 29 фунтов на квадратный дюйм. Он также проверяет сторону шины и читает идеальное давление для ваших колес - 32 фунта на квадратный дюйм; поэтому он раздувает все четыре шины до 32 фунтов на квадратный дюйм. Майк советует регулярно проверять шины, чтобы они находились в идеальном манометре.

Например:

Абсолютное давление равно 1,5 кг/см 2 ;

Избыточное давление равно 0,5 кг/см 2 ;

Вакуум составляет 0,1 кг/см 2 .

Вы едете, чувствуя себя в безопасности, и это происходит, когда вы начинаете задаваться вопросом: что такое манометрическое давление? На уровне моря воздух над поверхностью имеет вес из-за тяги силы тяжести. Этот вес можно почувствовать на поверхности, на которую он нажимает, и мы знаем это давление как атмосферное давление, обозначенное как Патм. Итак, если мы будем продолжать расти на высоте, на этом уровне меньше воздуха, поэтому вес соответственно уменьшается. В конце концов, мы достигнем точки, где нет воздуха.

Давление в этой точке равно нулю, поэтому давление, измеренное относительно давления в вакууме, называется абсолютным давлением, обозначаемым Пабсом. Разница между абсолютным давлением и атмосферным давлением - это то, что мы называем манометрическим давлением. Его можно рассчитать, если мы знаем абсолютное и атмосферное давление, используя эту формулу.

Манометрическое давление обычно дается в фунтах на квадратный дюйм. Итак, когда ваш механик измеряет давление в шинах и заполняет воздух до 32 фунтов на квадратный дюйм, он измеряет внутреннее давление шины, которое превышает атмосферное давление. Атмосферное давление на уровне моря составляет 7 фунтов на квадратный дюйм.

Манометрическое давление может быть измерено для всех жидкостей - воздуха, а также жидкостей. Примером может служить ртутный барометр, который указывает на атмосферное давление. Это был единственный способ измерить атмосферное давление несколько десятилетий назад. В этом случае стеклянная трубка, которая закрыта на одном конце, заполнена ртутью, а затем помещена вверх дном в контейнер с ртутью. Когда ртуть падает под действием силы тяжести, она создает вакуум в верхней части закрытого конца трубки.

Когда атмосферное давление увеличивается, давление на поверхность ртути в контейнере увеличивается и приводит к увеличению количества ртути в стеклянную трубку; поэтому уровень ртути внутри стеклянной трубки соответственно увеличивается. Затем вы можете прочитать атмосферное давление как значение, вытравленное на стеклянную трубку на верхнем уровне колонны ртути.

Найдите вес, поднятый гидравлическим прессом, когда сила, приложенная к плунжеру, составляет 500 Н. 3 Задача 3Вычислите давление из-за столбца 3 дюйма. Найдите интенсивность давления на поверхности двух жидкостей и на дне бака 8 Задача 7 Диаметры маленького поршня и большого поршня гидравлического домкрата 3 см и 10 см соответственно. Найдите груз, поднятый большим поршнем, когда: поршни находятся на одном уровне. маленький поршень на 40 см выше большого поршня. Абсолютное давление: определяется как давление, которое измеряется относительно абсолютного давления вакуума. Избыточное давление: определяется как давление, которое измеряется с помощью измерительного прибора, давление, в котором атмосферное давление принимается в качестве опорной точки. Атмосферное давление на шкале обозначается как ноль. Вакуумное давление: определяется как давление ниже атмосферного давления. Манометры определяются как устройства, используемые для измерения давления в точке в жидкости путем балансировки колонны жидкости тем же или другим столбцом текучей среды. Они классифицируются как: простые манометры, дифференциальные манометры. 2 механические датчики. Механические датчики определяются как устройства, используемые для измерения, давления путем балансировки колонны жидкости пружиной или мертвой массой. Центр трубы на 12 см ниже уровня ртути в правой конечности. Другой конец манометра открыт для атмосферы. Правая часть манометра содержит ртуть и открыта для атмосферы. Контакт между водой и ртутью находится в левой конечности. Опишите порядок в обоих случаях. Показания манометра, приведенные на рисунке, показывают, когда сосуд пуст. Воды. 23. Для более глубокого изучения вакуумных систем прочтите «Установка вакуума на работу», «Сократите экономию энергии от пневматических систем», «Обработка вакуума» и «Проектирование с помощью вакуумных и присосок».

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами.

В промышленной вакуумной системе вакуумный насос или генератор удаляет воздух из системы, чтобы создать перепад давления. Однако вычисление рабочих сил или изменение объема в вакуумных системах требует преобразования отрицательного избыточного давления или абсолютного давления. Грубая, до 28 дюймов. . Из них только вентилятор является экономичным выбором для автономных или специализированных вакуумных систем. В большинстве применений важно, чтобы генератор мог вытащить необходимый вакуум за максимально короткий промежуток времени, чтобы минимизировать потребление воздуха.

В физике разные выражения используются для физического количества «давления». Они должны быть объяснены здесь для лучшего понимания. Давление, измеренное относительно атмосферного давления или атмосферного давления, называется избыточным давлением. Внутри помещения, например, избыточное давление возникает, когда в то же время объемный объем больше проникает в пространство, чем возникает. Если давление в определенном объеме, например сосуд, меньше, чем давление окружающей среды вне сосуда, существует отрицательная разность давлений.

Это также называют вакуумом. При абсолютном давлении измеряется разность идеального вакуума. Поэтому внешние впечатления, такие как погода или высота над уровнем моря, не влияют на результат измерения. Давление всегда связано с абсолютной нулевой точкой - абсолютным вакуумом. Известным показателем абсолютного давления является давление окружающей среды. Все физические формулы на предмет давления обычно работают с данными абсолютного давления. Это также относится к формулам, представленным на этих страницах.

где - гидростатические давления по направлению координатных осей;

То же по произвольному направлению.

Если необходимо провести различие, это делается с метками для относительного давления и для абсолютного давления. Измерение относительного давления всегда измеряет разницу с преобладающим давлением окружающей среды. Однако на это влияет соответствующее расстояние до уровня моря и изменения погоды и постоянно меняется. Поэтому спецификация относительного давления всегда относится к текущему атмосферному давлению и зависит от него. Относительно этого мы говорим о избыточном давлении, когда давление больше, чем давление окружающей среды, или когда давление ниже, чем давление окружающей среды.

Рис. 2.3. Схема для доказательства свойства

о независимости гидростатического давления от направления

Введем обозначения: - гидростатическое давление, действующее на грань, нормальную к оси;

Давление на грань, нормальную к оси;

Давление, действующее на наклонную грань;

Таким образом, испытательное давление всегда задается как относительное давление. Соответствующие регуляторы давления автоматически устанавливают требуемое испытательное давление как разность давлений по отношению к текущему окружающему давлению. Соответствующий дисплей давления всегда ссылается на давление окружающей среды.

Однако на некоторых устройствах испытательное давление измеряется датчиками абсолютного давления. В этом случае давление указывается со ссылкой на абсолютный вакуум. Известной системой измерения абсолютного давления является барометр. Он измеряет текущее преобладающее атмосферное давление против абсолютной нулевой точки.

Площадь этой грани;

Плотность жидкости.

Таким образом, внутри выделенного объема на жидкость действует единичная массовая сила, проекции ускорений которой равны , , и. В гидравлике принято массовые силы относить к единице массы, а так как, то проекция единичной массовой силы численно будет равна ускорению.

где,- проекции единичной массовой силы на оси координат;

Масса жидкости;

Ускорение.

где - проекция силы от гидростатического давления;

Проекция силы от давления;

Проекция массовой силы, действующей на тетраэдр.

Разделив уравнение (2.2) на площадь , которая равна площади проекции наклонной грани на плоскость , т. е. , получим

При стремлении размеров тетраэдра к нулю последний член уравнения, содержащий множитель , также стремится к нулю, а давленияи остаются величинами конечными.

Следовательно, в пределе получим

Аналогично составляя уравнения равновесия вдоль осей и, находим

Так как размеры тетраэдра , и и наклон площадки взяты произвольно, то, следовательно, в пределе при стягивании тетраэдра в точку давление в этой точке по всем направлениям будет одинаково. Что и требовалось доказать.

Рассмотренное свойство давления в неподвижной жидкости имеет место также при движении невязкой (идеальной) жидкости. При движении же реальной жидкости возникают касательные напряжения, вследствие чего давление в реальной жидкости указанным свойством, строго говоря, не обладает.

В общем случае давление в точке зависит от координат рассматриваемой точки, а при неустановившемся движении жидкости может изменяться в каждой данной точке с течением времени: .

Несмотря на всю тривиальность и простоту вопроса, случается, что люди не вполне понимают суть понятий «абсолютное давление», «избыточное давление», «дифференциальное давление», (нормальное) «атмосферное давление» и др., путая их или не понимая их не только количественное, но и качественное отличие друг от друга. На этой странице мы решими написать несколько слов о понятии различных давлений. Мы не стремились представить ниже полную информацию по этому вопросу - ее можно без труда найти, например, в Википедии - а старались, наоборот, изложить основной смысл этих понятий кратко.

Абсолютное давление

Понятие «абсолютного давления» относится к способу указания давления относительно точки отсчета. Абсолютное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, абсолютный вакуум. Предполагается, что не может существовать давления, меньшего, чем абсолютный вакуум - следовательно, относительно него любое давление может быть обозначено положительным числом.

То абсолютное давление, которое находится между абсолютным вакуумом и давлением, которое принято считать имеющемся на уровне моря (нормальное атмосферное давление = 101325 Па ≈ 760 мм ≈ 1 абсолютный бар), является частичным вакуумом.

То абсолютное давление, значение которого выше уровня нормального атмосферного давления, может быть также обозначено как избыточное давление, с точкой отсчета, за которую принято стандартное атмосферное давление. Абсолютное давление равно избыточному давлению плюс атмосферному давлению.

На письме, то, что указывается именно абсолютное давление, иногда подчеркивают литерой а как в русском, так и в английском и немецком языках, например: бар(а). Например, давление на уровне моря примерно составляет 1 бар(а).

Избыточное давление

Понятие избыточного давления также, как и абсолютного давления, относится к точке отсчета для указания давления. Избыточное давление - это то давление, для указания которого используется, в качестве точки отсчета, нормальное атмосферное давление.

Избыточное давление равно абсолютному давлению минус атмосферное давление. Например, давление на уровне моря, которое составляет 1 бар(а), может быть также указано как избыточное давление, составляющее 0 бар(и).

На письме указание на избыточное давление иногда подчеркивается литерой и в русском языке, g в английском (от слова gauge , то есть прибор[ное давление] - т.к. на манометрах обычно отображается именно избыточное давление), и литерой ü в немецком (от слова Überdruck , то есть «сверхдавление»).

Атмосферное давление, нормальное атмосферное давление

Понятие атмосферного давления качественно отличается от понятий избыточного и абсолютного давления, и относится не к точке отсчета, а к месту измерения. Атмосферное давление - это давление, имеющееся в какой-либо точке измерения на Земле. Атмосферное давление может сильно варьироваться в зависимости от высоты и погодных условий. Что касается точки отсчета, то атмосферное давление - всегда абсолютное.

В качестве нормального атмосферного давления приняты, в рамках разных стандартов, разработанных разными организациями, разные значения - наиболее распространенным, однако, является принятие за нормальное атмосферного давления 101325 Па. Среди европейских производителей оборудования принято также условно считать это давление соответствующим 1 бару.

Дифференциальное давление

Дифференциальное давление - это разница между давлением в двух точках измерения. Оно не является ни абсолютным, ни избыточным, и используется обычно как показатель падения давления на каком-либо оборудовании или его составляющем компоненте (чаще всего - на фильтрах для очистки сжатого возудха и газов).

Рассмотрим закрытый резервуар, в котором жидкость образует свободную поверхность (рис. 2.4, а ). Подсоединим к боковой поверхности резервуара изогнутую стеклянную трубку, открытую в атмосферу. Если на свободной поверхности действует атмосферное давление (р 0 = р ат), то по закону сообщающихся сосудов для однородной жидкости в резервуаре и в стеклянной трубке поверхности жидкостей будут находиться на одном уровне. По уровню жидкости в стеклянной трубке можно определить значение давления на уровне подсоединения трубки, а также значение давления, действующего на свободной поверхности жидкости. Такая стеклянная трубка носит название пъезометр .

Пъезометр - это прибор жидкостного типа, предназначенный для измерения давления.

а ) б ) в )

Рис. 2.4. Схема к определению давления

Подадим некоторое количество воздуха в закрытый резервуар (рис. 2.4, б ). В этом случае давление на свободной поверхности жидкости превысит атмосферное (р 0 > р ат), уровень жидкости в пъезометре превысит уровень жидкости в резервуаре. Плоскость M – N , к которой подсоединён пъезометр, является поверхностью равных давлений, то есть р M = р N . Согласно основному уравнению гидростатики (2.2):

Из уравнения (2.5) видно, что давление, на которое давление р 0 превышает атмосферное, уравновешивается давлением, создаваемым столбом жидкости (h п – h ) в пъезометре.

Давление, превышающее атмосферное, называют избыточным или манометрическим давлением. Избыточное (манометрическое) давление измеряется механическим прибором – манометром, и не учитывает атмосферное давление. Для случая, изображённого на рис. 2.4, б , манометрическое давление:

Давление р 0 из уравнения (2.5) будет равно:

Давление, определяемое с учётом атмосферного, называют абсолютным давлением.

Откачаем некоторое количество воздуха из закрытого резервуара (рис. 2.4. в ), в результате чего уровень жидкости в пъезометре будет ниже уровня жидкости в резервуаре. Составим основное уравнение гидростатики аналогично предыдущему случаю. С учётом того, что р 0 < р ат, получим:

Из уравнения (2.6) видно, что недостаток давления до атмосферного уравновешивается весом столба жидкости (h – h п) в резервуаре.

Давление, характеризующее недостаток давления до атмосферного, называется вакуумметрическим давлением .

Взаимосвязь между манометрическим, вакуумметрическим и абсолютным давлением изображена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Взаимосвязь между манометрическим, вакуумметрическим

и абсолютным давлением

Существуют две системы отсчёта давления:

Если за начало отсчёта принимается атмосферное давление, то в этом случае давление может быть как положительным (избыточным), так и отрицательным (вакуумметрическим). Весовое давление столба жидкости p = ρ gh является избыточным;

Если за начало отсчёта принимается абсолютный ноль давлений, то в этом случае давление называют абсолютным, и оно может быть только положительным.

Высота столба жидкости в пъезометре h п называется пъезометрической высотой , с помощью которой определяют избыточное давление в точке подключения пъезометра:

В гидравлике удельную энергию жидкости называют напором . Так как напор измеряют в метрах, его называют высотой – геометрическая высота, пъезометрическая высота. В случае действия вакуумметрического давления разницу между уровнем свободной поверхности жидкости и уровнем жидкости в пъезометре называют вакуумметрической высотой.

Избыточное, вакуумметрическое и абсолютное давление. Абсолютное давление = absolute pressure и приборное (избыточное) давление = gauge pessure. В частности - что такое psig и psia

2.1.3. Свойства гидростатического давления

2.1.3. Свойства гидростатического давления

Абсолютное давление

Избыточное давление

Атмосферное давление, нормальное атмосферное давление

Дифференциальное давление