تنقسم المكونات الهيدروليكية إلى قسمين: الهيدروستاتيكا والديناميكا المائية. الديناميكا المائية هي قسم أكثر شمولية وسيتم مناقشتها في المحاضرات اللاحقة. في هذه المحاضرة سيتم النظر في الهيدروستاتيكي.

الهيدروستاتيكا علم توازن الموائعيسمى قسم الهيدروليكية ، والذي يناقش قوانين توازن السائل وتطبيقاتها العملية.

2.1. الضغط الهيدروستاتيكي

في السائل المريح ، هناك دائمًا قوة ضغط تسمى الضغط الهيدروستاتيكي. يمارس السائل تأثيرًا قويًا على قاع وجدران الوعاء. تواجه جزيئات الموائع الموجودة في الطبقات العليا للخزان قوى ضغط أقل من جزيئات الموائع الموجودة في القاع.

النظر في خزان مع الجدران العمودية المسطحة مليئة السائل (الشكل 2.1 ، أ). القوة تعمل على أسفل الخزان Pيساوي وزن السائل سكب G \u003d γ V، أي ف \u003d ز.

إذا كانت هذه القوة Pقسمة على منطقة أسفل S aBCD  ثم وصلنا متوسط \u200b\u200bالضغط الهيدروستاتيكييتصرف على الجزء السفلي من الخزان.

الضغط الهيدروستاتيكي  تمتلك خصائص.

الملكية 1 . عند أي نقطة في السائل ، يكون الضغط الهيدروستاتيكي عموديًا على المنطقة المظللة بالحجم المخصص ويعمل داخل حجم السائل قيد الدراسة.

لإثبات هذا البيان ، نعود إلى الشكل 2.1. و. حدد وسادة على جانب الخزان S جانب  (مظللة). يعمل الضغط الهيدروستاتيكي على هذا الموقع في شكل قوة موزعة ، والتي يمكن استبدالها بنتيجة واحدة ، والتي نشير إليها P. افترض أن الضغط الهيدروستاتيكي الناتج Pيتصرف على هذا الموقع في Aوموجهة نحوه بزاوية φ (المشار إليها في الشكل 2.1 بخط متقطع به سهم). ثم قوة رد فعل الجدار Rعلى السائل سيكون بنفس الحجم ، ولكن في الاتجاه المعاكس (قطعة صلبة مع سهم). ناقلات محددة Rيمكن أن تتحلل إلى عنصرين من ناقلات: طبيعي R ن  (عمودي على منطقة فقس) والمماس R τ   الى الحائط.

التين. 2.1. رسم بياني يوضح خصائص الضغط الهيدروستاتي a هو الخاصية الأولى ؛ ب - الخاصية الثانية

قوة الضغط الطبيعي R ن  يسبب ضغط الضغط في السائل. السائل يقاوم بسهولة هذه الضغوط. قوة R τ العمل على السائل على طول الجدار من شأنه أن يتسبب في حدوث ضغوط عرضية على طول الجدار في السائل وسوف تتحرك الجزيئات إلى أسفل. ولكن بما أن السائل الموجود في الخزان في حالة استراحة ، فإن المكون R τ   لا. من هذا يمكننا أن نستنتج الخاصية الأولى للضغط الهيدروستاتيكي.

الملكية 2 . الضغط الهيدروستاتيكي ثابت في جميع الاتجاهات.

في السائل الذي يملأ الخزان ، نختار مكعبًا أوليًا ذو جوانب صغيرة جدًا Δ س, Δ ذ, Δ ض(الشكل 2.1 ، ب). سوف يضغط الضغط الهيدروستاتي المساوي لمنتج الضغط المقابل على كل سطح جانبي P س ,P ذ ,P ض  إلى المربعات الابتدائية. نشير إلى ناقلات الضغط التي تعمل في الاتجاه الإيجابي (وفقا للإحداثيات المشار إليها) على النحو ف " س ,ف " ذ ,ف " ض  ونواقل الضغط التي تعمل في الاتجاه المعاكس ، على التوالي ف "" س ,ف "" ذ ,ف "" ض  . نظرًا لأن المكعب في حالة توازن ، يمكننا كتابة المساواة

ف "  س Δ ذΔ ض=ف ""  س Δ ذΔ ضف "  ذ Δ سΔ ض=ف ""  ذ Δ سΔ ضف "  Δ سΔ ذ+γ Δ س, Δ ذ, Δ ض=ف ""  Δ سΔ ذ

حيث γ هي الثقل النوعي للسائل ؛ Δ س, Δ ذ, Δ ض- حجم المكعب.

بعد أن خفضت المساواة التي تم الحصول عليها ، نجد ذلك

ف " س   \u003d P "" س ;ف " ذ   \u003d P "" ذ ;ف " ض + γΔ ض=ف "" ض

عضو في المعادلة الثالثة γΔ ضكما صغيرة لانهائية مقارنة ف " ض  و ف "" ض  يمكن إهمالها ثم أخيرًا

ف " س   \u003d P "" س ;ف " ذ   \u003d P "" ذ ;ف " ض \u003d P "" ض

نظرًا لحقيقة أن المكعب لا يشوه (لا يمتد على طول أحد المحاور) ، يجب افتراض أن الضغوط على المحاور المختلفة متشابهة ، أي

ف " س   \u003d P "" س =ف " ذ   \u003d P "" ذ =ف " ض \u003d P "" ض

هذا يثبت الخاصية الثانية للضغط الهيدروستاتيكي.

الملكية 3 . يعتمد الضغط الهيدروستاتيكي عند نقطة ما على إحداثياته \u200b\u200bفي الفضاء.

لا يتطلب هذا الحكم دليلًا خاصًا ، لأنه من الواضح أنه كلما زاد غمر نقطة ما ، سيزداد الضغط فيها ، ومع تناقص الغمر ، سينخفض. الخاصية الثالثة للضغط الهيدروستاتيكي يمكن كتابتها

الضغط الهيدروستاتيكي وخصائصه

الضغط الهيدروستاتيكي هو ضغط الضغط الداخلي في السائل الذي يحدث تحت تأثير قوى خارجية.

كل جسم سائل في حالة توازن يكون تحت تأثير فئتين من القوى الخارجية: السطح والكتلة.

القوى السطحية هي قوى تؤثر على سطح الجسم السائل ، على سبيل المثال ، قوى ضغط المكبس أو المكبس للمضخة ، الضغط الجوي  وم. ع.

القوى الضخمة أو الحجمية هي قوى الجاذبية والقصور الذاتي والطرد المركزي التي يتم توزيعها في السائل المتجانس في كامل حجم الجسم السائل. قيمة قوة الكتلة الأولية المطبقة على جسيم من السائل تتناسب مع كتلة هذا الجسيم.

لا تظهر قوى الاحتكاك الداخلي في السائل أثناء الراحة.

خذ جسمًا سائلًا في حالة راحة وقم بتقسيمه عقلياً على طول الطائرة AA  إلى قسمين. نتجاهل الجزء العلوي ، ويتم استبدال قوته في الجزء السفلي بالقوة   F(الشكل 2.1). قوة   Fيطبق على المنطقة التي تفصل الأجزاء العلوية والسفلية من جسم السائل باسم قوة الضغط الهيدروستاتيكي.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الجزء السفلي يعمل على الجزء العلوي بقوة متساوية في الحجم Fلكن العكس في الاتجاه.

يتم تحديد حجم متوسط \u200b\u200bالضغط الهيدروستاتيكي من خلال حجم القوة لكل وحدة مساحة ، أي

يتم تحديد قيمة الضغط الهيدروستاتيكي في أي نقطة في المنطقة W بواسطة نسبة القوة الأولية dFتعلق على الموقع الابتدائي جافتقع في منطقة هذه النقطة.

وحدة الضغط الهيدروستاتيكي في نظام SI هي Pascal. 1 با \u003d1 N / م 2.

الضغط الهيدروستاتيكي له اثنين من الخصائص الرئيسية.

الخاصية الأولى للضغط الهيدروستاتيكي.

  يعمل الضغط الهيدروستاتيكي دائمًا على طول الوضع الطبيعي الداخلي الموجه نحو موقع الحركة. هذا الموقف يمكن أن يثبت بطريقة عكسية. نفترض أن ناقلات الضغط الهيدروستاتيكي P  موجهة ليس على طول العادي ، ولكن على طول خط يميل (الشكل 2.2). تتحلل إلى وضعها الطبيعي ر ن  و الظل   ص إلى  المكونات. ستتم موازنة المكونات الطبيعية للأجزاء العلوية والسفلية من الجسم ، وستتسبب المكونات المظللة في نزوح جزء من السائل مقارنة بالجزء الآخر ، مما يتعارض مع حالة الراحة. لذلك ، لا يمكن توجيه الضغط الهيدروستاتيكي بشكل طبيعي إلى موقع العمل.

لنفترض الآن أن المتجه   P  موجهة ليس على طول الداخلية ، ولكن على طول الخارجي العادي (الشكل 2.3). بما أن السائل لا يملك القدرة على امتصاص قوى الشد ، فسوف يحدث تمزق في الجسم السائل ، مما يتناقض أيضًا مع حالة الراحة والخصائص الفيزيائية للسائل. لذلك ، هذا الافتراض مستبعد.

مما سبق يتضح أن الضغط الهيدروستاتيكي ، الذي يتم توجيهه دائمًا داخل السائل ، يكون ضغطًا مضغوطًا.

الخاصية الثانية للضغط الهيدروستاتيكي.

عند أي نقطة داخل السائل ، يكون الضغط الهيدروستاتيكي هو نفسه في جميع الاتجاهات ولا يعتمد على زاوية ميل المنصة التي يعمل عليها في نقطة معينة.

لإثبات هذه الخاصية ، نختار في سائل ثابت حجم أولي في شكل منشور مستطيل مع حواف موازية لمحاور الإحداثيات ومتساوية في المقابل dx ، دى ، dz  (شكل 2.4)

من أجل الوضوح ، نعرض المنشور على محاور الإحداثيات ثور  و أوقية. دع وحدة القوة الجماعية ، التي تساوي مكوناتها X, Y  و Z.

دلالة بواسطة ف ل  الضغط الهيدروستاتيكي يعمل على الوجه الطبيعي للمحور ثورمن خلال ص  ضغط الوجه الطبيعي للمحور أوي  الخ. الضغط الهيدروستاتيكي الذي يعمل على وجه مائل ف ن، ومنطقة الوجه من خلال جاف. يتم توجيه كل هذه الضغوط بشكل طبيعي إلى المواقع المقابلة.

نقوم بتكوين معادلة التوازن لحجم السائل المحدد ، أولاً في اتجاه المحور ثور

أين هو اتجاه عمل القوة الجماهيرية.

, (2.4)

(زاوية ل  شكلت بشكل طبيعي ف ن  والمحور ثور)

, (2.6)

(X  هي وحدة قوة الكتلة على طول حجمها).

كتلة رباعي الاسطح تساوي ناتج حجمها dW  على الكثافة ص، أي

بالضغط الهيدروستاتيكي يعني ضغط السائل الذي نشأ بسبب الجاذبية. وقد وجدت هذه الظاهرة التطبيق في الفيزياء ، والطب ، والصناعة التقنية. على سبيل المثال ، ضغط الدم  يمثل الضغط الهيدروستاتيكي الذي تعاني منه الأوعية الدموية. في الغالب يمكن استدعاء الدم ضغط الدم. غالبًا ما يكون من الممكن ملاحظة كيف يحدث الضغط الهيدروستاتيكي في البئر.

بعض الميزات

المكونات الهيدروليكية لها قسمان:

• الموائع.
• الهيدروناميكا.

نعني بالهيدروستاتيك قسمًا من المكونات الهيدروليكية يدرس قوانين ضغط السوائل وحالة توازنه. علاوة على ذلك ، فإن جميع الظواهر تعبر عن حسابات رياضية. يمكن العثور على الضغط الهيدروستاتيكي في الممارسة العملية ، على سبيل المثال ، قياس الضغط.

يتعرض السائل الباقي دائمًا لما يسمى بالضغط الهيدروستاتيكي. يضغط الماء باستمرار على جسم الوعاء. تواجه جزيئات الماء الموجودة في الطبقات العليا قوة ضغط صغيرة عند مقارنتها بالجزيئات الموجودة في القاع.

للضغط الهيدروستاتيكي بعض الخصائص المميزة:

1. تتعرض كل نقطة على سطح الماء للهيدروستاتيكي ، والتي يتم توجيهها عند 90 درجة إلى الموقع الذي يحتوي على لمسة من الحجم المخصص. يتم إجراء الضغط داخل أي حجم من الماء على الإطلاق.
2. أينما ذهب الضغط الهيدروستاتيكي ، تظل قيمته كما هي دائمًا ، وهو ما أكدته الحسابات.
3. إحداثيات الفضاء لا تؤثر على حجم الضغط الهيدروستاتيكي.
4. نوع الخزان الذي يحتوي على السائل ، على سبيل المثال ، الآبار ، ليس له أي تأثير على قيمة الضغط الهيدروستاتيكي. لإجراء الحساب ، من الضروري ضرب كثافة السائل حسب حجم ارتفاع الخزان وسرعة الجاذبية.
5. تضغط نفس كمية السائل في الخزانات ذات الأشكال المختلفة بقوة مختلفة في أسفل الخزان. نظرًا لأن هذا الضغط يعتمد بشكل مباشر على حجم العمود السائل ، فإن الأوعية الضيقة جدًا تتأثر أكثر من الأوعية العريضة. لذلك ، يمكن حتى كمية صغيرة من السائل تنظيم ضغط هائل.

ما هو الضغط في البئر؟

عندما يتعرض البئر لاستغلال مكثف ، يحدث انخفاض في المستوى البيزومتري. نتيجة لذلك ، يحدث انخفاض في الضغط في البئر. بالطبع ، هذا أمر غير موات للغاية ، ولكن قطرة تسمح بوصول الماء الساخن ، الذي يقع في أعماق كبيرة.

نظرًا لأن الحساب أظهر أنه كلما كانت المياه أعمق ، كلما ارتفعت درجة حرارته ، عندما ينخفض \u200b\u200bمستوى الضغط البيزومتري في البئر ، تزداد درجة حرارة السائل. مثل هذه الظاهرة يمكن رؤيتها في لاردريلا. هذه الظاهرة لها تأثير إيجابي ، بفضلها يمكنك الحصول على كمية كبيرة من الكهرباء.

حفر آبار للمياه ، يؤدي تشغيلها الإضافي إلى انتهاك التوازن الطبيعي. يظهر توازن جديد ، وهذا هو ، أحدث آلية الحرارية المائية. انخفاض في مستوى الضغط البيزومتري يؤثر على الضغط ، ويبدأ في الانخفاض بسرعة. نتيجة لذلك ، تحاول هذه الطبقة احتلال مياه الطبقات العميقة ، وكذلك الأنظمة المائية الحرارية الأخرى. هذا هو السبب في أن المياه من الرواسب الحرارية يمكن أن تؤخذ أكثر من ذلك بكثير دون الإضرار بالبئر مما تأتي من المصادر الطبيعية.

ومع ذلك ، فإن هذا حجم السائل نسبيا. بعد كل شيء ، المياه في البئر ليست لانهائية. ستأتي لحظة تنتهي فيها المياه في البئر. لتصحيح الوضع ، من الضروري تعميق البئر ، وتركيب مضخات لتوفير المياه في البئر. نتيجة لذلك ، ستصبح الحرارة الجوفية باهظة الثمن. لذلك ، يحتاج أي حقل إلى حساب دقيق لحجم الماء في البئر ، والذي يمكن أخذه بأمان من البئر.

عندما يتم حفر الآبار: الفروق الدقيقة

من الأفضل البدء في حفر الآبار قبل بدء بناء المنزل.

مخطط الآبار أثناء حفر حبل الصدمات.

وبالتالي سيتم توفير الكثير من المال والوقت. المياه في البئر ستجعل البناء أكثر ملاءمة ، ولن تكون هناك حاجة للبحث عن مصدر للمياه.

لبدء العمل ، تحتاج إلى عمل تخطيط دقيق لموقع كل الكائنات. إجراء حساب منطقة الموقع ، مع الأخذ بعين الاعتبار جميع الفروق الدقيقة. بالطبع ، يمكنك حفر بئر لمنزل تم بناؤه بالفعل. اليوم هناك الكثير من المنظمات التي تتخصص في تنظيم إمدادات المياه في أي ظرف من الظروف. يتم تنفيذ هذا العمل على معدات تقنية خاصة.

كيفية جعل حساب مستوى السوائل

• المسافة من الطائرة المائية إلى النقطة التي بدأ فيها القياس ؛
• قيمة الثقل النوعي
• حجم الضغط الذي يمارس تأثيرًا خارجيًا على الوسط.

إذا أجريت قياسات في حاوية مفتوحة بالكامل ، فمن الضروري قياس قيمة الضغط النسبي باستخدام محول الطاقة. هذا لن يأخذ في الاعتبار الضغط الذي لدى البيئة. تبدو صيغة الحساب كما يلي:

h \u003d p / (ρ * g) ، حيث:

• p هو الضغط الهيدروستاتيكي ؛
• ρ هو الثقل النوعي ؛
• g هو حجم السقوط الحر ؛
• ح هو حجم عمود الماء.

إذا تم استخدام حاوية مغلقة بالكامل ، على سبيل المثال ، تستخدم لمختلف المواد الكيميائيةحساب ، إجراء قياسات دقيقة هو أكثر صعوبة بكثير. تؤثر كتلة الهواء الموجودة في حاوية مغلقة على السائل الموجود ، مما يؤدي إلى ضغط إضافي.

في هذا الصدد ، سوف تضطر إلى استخدام العديد من المحولات. أحدهما لقياس الضغط الهيدروستاتيكي ، والآخر هو تأثير كتلة الهواء فوق السائل. لمثل هذا العمل ، من المرغوب فيه أن تقوم محولات الطاقة التقليدية بقياس نفس نوع الضغط ، والذي يمكن أن يكون:

• قريب.
• مطلقة.

تقريبا أي سوف تفعل. في هذه الحالة ، سيبدو الحساب كما يلي:

h \u003d (p2-p1) / ((ρ * g) ، حيث:

• p2 هو الضغط الهيدروستاتيكي ؛
• p1 هو ضغط الغاز ؛
• ρ هو الثقل النوعي ؛
• g هي قيمة سرعة السقوط الحر ؛
• ح هو ارتفاع السائل.
• م - المستوى.

دقة الهيدروستاتيكي: النقاط البارزة

عند إجراء العمل على تشكيل نظام القياس ، من الضروري دائمًا مراعاة قراءات المستشعر ، وأحيانًا لا تكون دقيقة تمامًا. يعتمدون على:

• الثقل النوعي
• درجة الحرارة المحيطة.

لن يكون لحجم الثقل النوعي دائمًا قيمة ثابتة. على سبيل المثال ، عندما يتم قياس مياه البحر ، تحدث زيادة في الثقل النوعي. هذا بسبب ارتفاع نسبة الملح.

نتيجة لذلك ، ينشأ ارتفاع ضغط الدم. يمكن اعتبار ذلك زيادة في ارتفاع المستوى ، لكن هذه القيمة لا يمكن أن تتغير. في الحالات القصوى ، فقد تغير الحد الأدنى.

عندما لا تخضع البيئة التي يتم فيها إجراء القياسات لأي تغييرات ، خذ على سبيل المثال ، وقود لمحركات الديزل ، يُسمح لها بتجاهل التغيير في مؤشر الثقل النوعي.

يمكن أن تؤثر الاختلافات في درجة الحرارة على الثقل النوعي. عند حدوث زيادة في درجة الحرارة ، يلاحظ انخفاض في الكثافة وزيادة في المستوى. ومع ذلك ، فإن الضغط الهيدروستاتيكي ، عند حدوث تغير في المستوى ، لا يستطيع الاستجابة بشكل مناسب لهذا.

شكل الخزان له تأثير معين على ضغط كل سائل. عند أخذ القياسات ، يمكن ملاحظة زيادة في المستوى بسبب اختلاف درجة الحرارة. لا يمكن لحجم التأثير في هذا الوقت أن يتحدث فقط عن انخفاض في المستوى عندما يكون تمدد الخزان لأعلى. من الممكن أن يكون حجم المستوى صحيحًا أو أن هناك زيادة غير متناسبة. في بعض الأحيان ترتفع الكثافة بسبب انخفاض درجة الحرارة المحيطة ، تصبح الخصائص معاكسة. لإجراء حساب أكثر دقة ، يلزم التعويض عن القفزات في درجة الحرارة.

ما هو الضغط: توصيف البيانات

يشير حجم الرأس الهيدروستاتيكي إلى الخصائص المميزة لأي سائل أثناء الراحة. عادة ما يتم قياس حجم قوة الضغط بالأمتار.

فيما يلي تعريفات الضغط:

• z هو الضغط الهندسي ؛
• حصان - ارتفاع piezometric.

في الأساس ، يعبر الرأس الهيدروستاتيكي عن حجم الطاقة الباقية لأي سائل. على سبيل المثال ، يعتمد رأس الضغط ، الذي يدخل نظام تزويد المياه ، على ارتفاع برج الماء. تشير سمة hp إلى حجم الضغط. إذا ظهر الضغط الزائد ، فهذا يعني أنه تشكل في إمدادات المياه ، وبالتالي ، سيكون هناك ضغط كبير. السائل يمكن أن يرتفع إلى أي ارتفاع.

يتم حساب الضغط لنقاط مختلفة من السائل من مستوى أفقي واحد. هذا ضروري لمقارنة موقفهم. تماما يمكن أن تؤخذ أي سطح لسطح أفقي. إذا تم تثبيت الأنبوب أفقيًا ، في بعض الحالات ، يتم الحساب وفقًا للخط المحوري للأنبوب. في هذه الحالة ، يصبح الارتفاع الهندسي صفراً. في كثير من الأحيان تكون علامات الارتفاع مساوية للمنارات الجيوديسية المطلقة ، والتي تأخذ عددًا من المستوى المتوسط \u200b\u200bلمستوى محيطات العالم. في بلدنا ، يتم قياس المستوى من سطح بحر البلطيق.

أهم ميزة للضغط الهيدروستاتيكي هي قيمتها المتساوية فيما يتعلق بجميع نقاط الماء الصامتة التي لها اتصال هيدروليكي. أثبت الحساب أن قوة الضغط متساوية في أي عمق ، على الرغم من أن الضغط يمكن أن يكون مختلفًا.

في الخزان المفتوح ، يسهل العثور على قيمة ضغط نقطة ما على سطح الماء. من الضروري قياس المسافة من السطح الأفقي إلى مستوى الماء المفتوح تحت الضغط الجوي.