- •Гидравлика
- •Введение
- •1.2. XVII — начало XVIII века
- •1.3. Середина и конец XVIII века
- •1.4. Гидравлическая школа Франции
- •1.6. Зарождение и развитие гидравлики в России
- •2. Физические свойства жидкости
- •2.1. Предмет «Гидравлика». Основные понятия. Модели жидкой среды
- •2.2. Плотность
- •2.3. Удельный вес
- •2.4. Вязкость
- •2.5. Адсорбция и кавитация
- •Гидростатика
- •3. Гидростатическое давление
- •3.1 Силы, действующие в жидкости
- •3.2 Гидростатическое давление и его свойства
- •3.3. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера)
- •4.2. Свободная поверхность покоящейся тяжелой жидкости (при абсолютном покое)
- •4.3. Свободная поверхность при равноускоренном прямолинейном движении жидкости в сосуде (при относительном покое)
- •4.4. Свободная поверхность жидкости, равномерно вращающейся (вместе с сосудом) относительно вертикальной оси
- •5. Основное уравнение гидростатики в простой форме
- •5.1. Закон Паскаля
- •5.2. Абсолютное и манометрическое давление
- •5.3. Пьезометрическая высота
- •5.4. Вакуумметрическая высота
- •6. Простейшие гидростатические машины
- •6.1. Гидравлический пресс
- •6.2. Мультипликатор
- •7. Приборы для измерения давления жидкости
- •7.1. Классификация приборов
- •1) По характеру измеряемой величины различают:
- •2) По принципу действия приборы различают:
- •7.2. Жидкостные приборы
- •7.2.1. Ртутный барометр
- •7.2.2. Пьезометр
- •7.2.4. Чашечный манометр
- •7.2.5. Вакуумметр
- •7.2.6. Дифференциальный манометр
- •7.2.7. Микроманометр
- •7.2.8. Преимущества и недостатки жидкостных приборов
- •7.3. Пружинные приборы
- •7.3.1. Манометр с одновитковой трубчатой пружиной
- •7.3.2. Вакуумметр с одновитковой трубчатой пружиной
- •7.3.3. Приборы с мембранной пружиной
- •7.3.4. Преимущества и недостатки пружинных приборов
- •7.4. Поршневые приборы. Грузопоршневой манометр
- •7.5. Электрические приборы
- •Гидродинамика
- •8. Основные понятия в гидродинамике
- •8.1. Задачи и методы гидродинамики
- •8.2. Виды движения жидкости
- •8.3 Понятие о струйчатом движении жидкости
- •8.4. Гидравлические элементы потока
- •8.5. Уравнение постоянства расхода (уравнение неразрывности)
- •9. Уравнение бернулли и его применение в гидравлических расчетах
- •9.1. Уравнение Бернулли
- •9.2. Потери напора
- •9.3. Применение уравнения Бернулли в технике
- •9.4. Расходомер Вентури
- •9.5. Измерительная шайба
- •9.6. Струйный насос (эжектор)
- •9.7. Трубка Пито
- •9.8. Потери напора при равномерном движении
- •10. Определение потерь напора
- •10.1. Режимы движения вязкой жидкости
- •10.2. Местные сопротивления и потери энергии в них
- •10.3. Внезапное расширение трубы
- •10.4. Постепенное расширение. Диффузоры
- •10.5. Внезапное сужение трубы
- •10.6. Постепенное сужение трубы
- •10.7. Поворот трубы
- •10.8. Другие местные сопротивления
- •10.9. Потери напора в гидравлических системах
- •11.2. Расчет простого трубопровода
- •11.3. Примеры расчета трубопроводов
- •Гидроприводы
- •12. Гидравлические машины
- •12.1. Классификация насосов
- •12.2. Основные рабочие параметры насосов
- •12.3. Центробежные насосы
- •12.4. Схема и принцип действия центробежного насоса
- •12.5. Допустимая высота всасывания. Явление кавитации
- •12.6. Шестеренчатые насосы
- •13. Гидроприводы и гидропередачи
- •13.1. Назначение, достоинства и недостатки гидропривода
- •13.2. Устройство и принцип действия гидропривода
- •13.3. Принцип расчета объемного гидропривода
- •13.4. Жидкости, применяемые в гидросистемах
- •14. Расчет насоса для водонапорной башни
- •14.1. Рабочая характеристика насоса
- •14.2. Изменение характеристики насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса
- •14.3. Изменение характеристики насоса при обточке рабочего колеса по внешнему диаметру
- •14.4. Рабочая точка насоса
- •14.5. Совместная работа нескольких насосов на сеть
- •14.5.1. Параллельная работа насосов на сеть
- •14.5.2. Последовательная работа насосов на сеть
- •14.6. Регулирование подачи насосов
- •14.6.1. Регулирование подачи и напора дросселированием на нагнетании
- •14.6.2. Регулирование подачи дросселированием на всасывании
- •14.6.3. Регулирование подачи впуском воздуха
- •14.7. Маркировка центробежных насосов
- •14.8. Подбор центробежных насосов по каталогу
- •14.9. Исходные данные для расчета
- •14.10. Определение требуемого напора насоса Нтр
- •14.10.1. Расчетная формула определения Нтр
- •14.10.2. Определение диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции
- •14.10.3. Уточнение диаметра труб и скорости движения воды
- •14.10.4. Определение коэффициента гидравлического трения
- •14.10.5. Требуемый напор насоса Нтр
- •14.11. Выбор марки насоса по q и Нтр и построение рабочей характеристики насоса
- •14.12. Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети
- •14.13. Определение рабочих параметров насоса
- •Задача 3
- •Решение.
- •Задача 4
- •Решение.
- •Задача 5
- •Решение.
- •Задача 10
- •Решение.
- •Задача 11
- •Решение.
- •Задача 12
- •Решение.
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
- •Гидравлика
2.5. Адсорбция и кавитация
Жидкости обладают способностью поглощать и растворять соприкасающиеся с ними газы. Такое явление называется адсорбцией. При этом весовое количество растворенного (адсорбированного) газа изменяется при данной температуре пропорционально давлению жидкости и остается по объему практически постоянным (закон Генри).
Вода в природном состоянии всегда содержит известное количество растворенного воздуха: при обычной температуре и нормальном атмосферном давлении оно составляет около 2% объема воды.
При уменьшении давления соответствующая часть растворенного воздуха выделяется из жидкости. Чем больше снижение давления, тем более бурно происходит выделение воздуха; при этом образуются и пары жидкости. Вода приходит в состояние "холодного кипения", нарушается ее сплошность и образуется своего рода эмульсия, обладающая гораздо большей сжимаемостью и совершенно отличительными от прежних физическими и механическими свойствами. Это явление бывает чаще всего на поверхности быстро движущихся в воде частей механизмов, в тех местах потока жидкости, где давление понижается до некоторого критического, например, у лопастей гребных винтов, лопаток турбин и насосов, и известно под названием гидродинамической кавитации (от лат. cavitas — пустота).
Явление кавитации было теоретически предсказано в 1873 г. О. Рейнольдсом задолго до того, как его впервые обнаружили при испытаниях эскадренного миноносца английского военно-морского флота "Дэринг" в 1893 г. Скорость миноносца оказалась значительно, ниже предполагаемой, что было вызвано ухудшением характеристик винта вследствие возникновения пузырьков пара на его лопастях. С аналогичными трудностями пришлось столкнуться несколькими годами позже на первом турбинном корабле "Турбиния". На этом судне поочередно устанавливались семь различных винтов, но ни с одним из них не удалось достигнуть расчетной скорости. В конце концов, признали необходимость вместо одного вала поставить три с тремя винтами на каждом. Оборудованный таким образом корабль достиг скорости 32 узла (59 км/ч).
Кавитацией называется явление парообразования и выделения воздуха, обусловленное понижением давления в жидкости. Причиной ее возникновения служит кипение жидкости при нормальной температуре и низком давлении. Появлению кавитации способствует растворенный в воде воздух, который выделяется при уменьшении давления.
После неудач с кораблями "Дэринг" и "Турбиния" началось интенсивное изучение химических, физических и технических аспектов кавитации. Проводились исследования процесса формирования пузырьков и их схлопывания (коллапса), роли растворенных в жидкости газов, влияния образования и схлопывания пузырьков на насосы, турбины, винты, плотины и др. подобные устройства и сооружения.
Было установлено, что возникновение пузырьков изменяет течения жидкости, вызывая снижение давления, потери в КПД и тяге, как это произошло с кораблем "Дэринг". Кроме того, схлопывание пузырьков приводит к возникновению ударных волн, которые разрушают металл рабочего колеса турбины или винта.
В результате кавитационных явлений происходит механическое разрушение металлических деталей гидромашин (кавитационная эрозия), срыв работы насосов, уменьшение расхода трубопроводов и т.п.
Выделение воздуха и парообразование может происходить и при давлениях, больших атмосферного, если температура воды увеличивается или вода слишком аэрирована. Это часто служит причиной образования воздушных "пробок" в длинных трубопроводах; выделяемый воздух и пары жидкости накапливаются в их наиболее высоких местах и могут затруднить или даже совсем прекратить движение воды. Кавитации подвержены и другие жидкости.
Кавитация может быть уменьшена при увеличении гидростатического давления, например помещением устройства на достаточной глубине по отношению к свободной поверхности жидкости, а также подбором соответствующих форм элементов конструкции, при которых вредное влияние кавитации уменьшается. Для уменьшения эрозии лопасти рабочих колес изготавливают из нержавеющих сталей и шлифуют.
Экспериментальные исследования кавитации производятся в так называемых кавитационных трубах, представляющих собой обычные гидродинамические трубы, оборудованные системой регулирования статического давления. Несмотря на определенные успехи в изучении многих аспектов кавитации, основные связанные с ней проблемы еще не решены. Однако современные знания о кавитации вполне достаточны для инженерных приложений.
Резюме: В рассмотренной теме освоены основопологающие понятия по курсу гидравлика и подробно описаны основные физические характеристики жидкости вместе с оборудованием для их измерения.
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем заключается особенность капельных жидкостей?
2. Какие виды жидкостей рассматриваются в курсе гидравлике?
3. Какие жидкости относятся к аномальным? Приведите пример такой жидкости.
4. Какие модели жидкой среды вы знаете? Чем они отличаются друг от друга.
5. Что такое плотность, относительная плотность?
6. С помощью каких приборов можно измерить плотность?
7. Что такое удельный вес жидкости.
8. Что такое вязкость и в чем она измеряется?
9. Чем отличается друг от друга кинематическая вязкость от динамической?
10. С помощью каких приборов измеряется вязкость жидкостей?
11. В каких случаях для измерения вязкости жидкости используется прибор Рейнольдса?
12. Опишите конструкцию и принцип действия торсионного вискозиметра.
13. Что такое кавитация и адсорбция?
14. Как уменьшить вредное воздействие кавитационных явлений?