АБСОЛЮТНОЕ И ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Вернемся к основному уравнению гидростатики в форме записи (2.2):

.

Для покоящейся жидкости возможно три случая действия внешнего давления

Рассмотрим каждый из этих случаев.

1. На рис. 2.7 изображен закрытый резервуар, внутри которого помещена жидкость, на свободной поверхности которой создано давление . Для измерения давления сбоку от резервуара на высоте h от поверхности установлена стеклянная трубочка с открытым верхним концом, которая называется пьезометром. Под действием давления в резервуаре вода в стеклянной трубочке поднимается на высоту , а на поверхности воды в трубочке будет давление . На рисунке 0-0 - плоскость сравнения; 1-1 - уровень жидкости, где давление в любой точке будет такое же, что и в т. А.

Для случая, изображенного в на рис. 2.7, в точке А согласно (2.2) абсолютное гидростатическое давление , где - весовое давление . С другой стороны, для любой точки уровня 1-1 со стороны пьезометра давление запишется так:

где - избыточное давление ; - высота, называемая пьезометрической высотой.

Рис. 2.7. Резервуар с жидкостью, на поверхности которой

Но ,так как жидкость находится в состоянии покоя, т.е. тогда

(2.5)

а пьезометрическая высота

(2.6)

Высота называется пьезометрическим напором.

Для данного случая действия внешнего давления избыточное давление есть величина положительная и имеет специальное название - манометрическое давление - по названию приборов заводского изготовления, манометров, которые по своим конструктивным особенностям способны измерять (как правило) только избыточное давление

Как отмечалось в п. 2.1, единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па, но на практике часто используются и другие единицы измерения, например «техническая атмосфера» — 1 ат.

1ат = 1 кгс/см² или при переводе в систему СИ 1 ат = 9,8 10⁴Па= 100 000 Па.

Из наших рассуждений следует, что давление можно измерять и высотой столба жидкости .

Для воды с плотностью кг/м³ 1 ат = 10 м вод. Для ртути с плотностью кг/м³ 1 ат=0,7382 м рт.ст.=738,2 мм рт.ст.

1 Па = 0,102 10^{-3 м} вод. ст.

1 Па = 0,00752 10^{-3 м рт. ст. = 0,00752 мм рт. ст.}

2. На поверхности жидкости в закрытом резервуаре путем откачки воздуха или газа создано давление (рис. 2.8) На глубине h сбоку от резервуара на уровне 1-1 установлен так называемый обратный пьезометр или, что то же, вакуумметр в виде U-образной стеклянной трубки с открытым верхним концом. Глубину h выберем таким образом, чтобы весовое давление на этой глубине было меньше разности .

Рис. 2.8. Резервуар с жидкостью, на поверхности которой

Тогда уровень жидкости в обратном пьезометре будет ниже уровня 1-1 ( ).

Согласно (2.2) но, с другой стороны, на уровне 1-1 в обратном пьезометре давление . Соединив знаком равенства приведенное выражение ( ), получим .

В данном случае избыточное давление является отрицательной величиной.

Если избыточное давление отрицательно, говорят, что в данной точке образуется вакуумм. Вакуумм - это недостаток давления в данной точке до атмосферного

Величину называют вакуумметрической высотой:

(2.8)

Для измерения часто используют и другой тип вакуумметра (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Вакуумметр

Один конец стеклянной трубочки подсоединен к точке, где определяется вакуумметрическое давление, а другой опущен в жидкость со свободной поверхностью, на которой .

Уровень жидкости в стеклянной трубочке поднимается на высоту , так как давление над уровнем 1-1 в трубке равно абсолютному давлению , а ниже уровня 1-1 отсюда .

Вакуумметрическое давление измеряется в единицах давления - Па.

Величина будет определяться значением плотности жидкости в вакуумметре.

Для воды значение не должно превышать 10 м, так как избыточное давление на глубине 10 м воды равно 1 ат.

Если в рассматриваемой точке м вод. ст., то это значит, что абсолютное давление в этой точке будет соответствовать м вод. ст.

3. Рассмотрим случай с открытым резервуаром, заполненным жидкостью, на свободной поверхности которой давление (рис. 2.10).

Для измерения давления на глубине h установлен пьезометр, уровень жидкости в котором, очевидно, поднимется до уровня свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Рис. 2.10. Резервуар с жидкостью, на поверхности которой

Согласно формуле (2.2) , но, с другой стороны, Так как и , для открытого резервуара весовое ( ) и избыточное давление ( ) равны ( ).

Эта схема действия внешнего давления на поверхности жидкости является основной для условий строительного производства, водоподающих и водоочистных систем. Особенностью этой схемы является то, что внешнее давление для расчетных случаев известно, т.е. Поэтому основной расчетной величиной для различных задач будет являться избыточное давление. Довольно часто в расчетной практике под гидростатическим давлением в точке понимается величина избыточного давления, при этом индекс «изб» в обозначении давления опускается ( ), а понятие весового давления совсем не используется.