книги / Гидравлика.-1

5.Чему равен коэффициент расхода при истечении из внутреннего цилиндрического насадка при постоянном напоре?

6.Почему при истечении через внешний цилиндрический насадок коэффициент расхода больше, чем при истечении из малого отверстия в тонкой стенке (при прочих равных условиях)?

7.Что является основной искомой величиной при рассмотрении задачи истечения жидкостей при переменном напоре?

8.Какой из основных типов насадков работает наиболее эффективно? С чем связана такая высокая эффективность?

9.Что называется насадком и какие виды насадков вы знаете?

10.Как учитывается влияние вязкости на коэффициенты ц и ф?

11.Что такое инверсия струи?

12.Почему длина насадка ограничена 3-4-мя диаметрами отверстия?

13.Как определить дальность полета струи?

14.Как изменяется коэффициент расхода в квадратичной области при увеличении температуры воды?

15.Как изменяется коэффициент расхода при увеличении числа Рейнольдса?

16.Как зависит коэффициент скорости от числа Рейнольдса?

17.Как изменяется скорость истечения при увеличении температуры воды?

18.В чем состоит отличие полного сжатия от неполного?

19.Что такое совершенное и несовершенное сжатие?

20.Почему при истечении из отверстия происходит сжатие струи?

Жидкость движется по трубопроводу благодаря тому, что ее энергия в начале трубопровода (у источника гидравлической энергии) больше, чем в конце. Этот перепад (разница) уровней энергии может быть создан тем или иным способом: работой насоса, за счет разности уровней жидкости, давлением газа.

Важнейшей задачей, возникающей при проектировании множества гидросистем различного назначения, является задача определения энергетических характеристик источника гидравлической энергии. К таким системам относятся гидросистемы цехового технологического оборудования, мобильные гидрофицированные машины, системы водоснабжения и отопления и др. Источниками энергии таких гидросистем являются насосные станции, газобаллонные системы, водонапорные башни. Энергетические характеристики источника энергии - подача (расход) и давление - должны быть такими, чтобы обеспечивались необходимые расход и давление на выходе системы - гидродвигателе, водопроводном кране и т.п.

Реже встречается обратная задача, когда при известных энергетических характеристиках источника энергии необходимо узнать, какими будут максимально возможный расход и давление на выходе гидросистемы.

В машиностроении приходится иметь дело чаще всего с такими трубопроводами, движение жидкости в которых создаётся работой насоса. В гидротехнике и водоснабжении, а также во вспомогательных устройствах течение жидкости происходит, как правило, за счет разности уровней давлений (разности нивелирных высот).

Рассмотрим классификацию трубопроводов по следующим характерным признакам.

1.По функциональному назначению трубопроводы подразделяют на:

-всасывающие;

-нагнетательные.

2.С конструктивной точки зрения трубопроводы подразделяют на:

-простые;

-сложные;

-короткие;

-длинные.

Простыми называют трубопроводы, не имеющие ответвлений и обслуживающие только одну точку. Причем диаметр трубы, а также расход жидкости на всей длине трубы остается неизменным.

Сложные трубопроводы, которые имеют хотя бы одно разветвление (или место соединения труб) делятся на: тупиковые, параллельные и кольцевые.

Тупиковые трубопроводы состоят из магистрального (главного) трубопровода, от которого в разные стороны отходят ответвления к потребителям.

Параллельные трубопроводы состоят из нескольких параллельно проложенных трубопроводов, связанных между собой перемычками с регулирующими задвижками.

Кольцевые трубопроводы представляют собой замкнутую сеть труб, что обеспечивает подачу воды в любом направлении. При аварии на каком-либо участке подача воды потребителю не прекращается.

Короткими называют трубопроводы, которые имеют значитель­ ные местные сопротивления по сравнению с сопротивлениями по длине.

Длинными называют трубопроводы, у которых доминируют потери напора по длине трубопровода, а местными потерями и скорост­ ным напором при этом пренебрегают.

Простые трубопроводы постоянного сечения

Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные. К простым трубопроводам относятся трубопроводы без разветвлений, а к сложным - трубопроводы, имеющие хотя бы одно разветвление (или место соединения труб). Пусть простой трубопровод (рис. 78) постоянного сечения расположен произвольно в пространстве, имеет общую длину / и диаметр d и содержит ряд местных сопротивлений Ç В начальном сечении (1 - 1 ) имеем нивелирную высоту z \ и избыточное давление рь а в конечном (2-2) - соответственно и /?:• Так как диаметр трубы постоянен, то скорости будут в этих сечениях равны. Равны будут и коэффициенты Кориолиса ai = a 2, поэтому равные скоростные напоры в уравнении можно опустить.

Запишем уравнение Бернулли сечений 1 - 1 \\2 - 2

В этом выражении Z/*i_2 - суммарные потери на трение по длине и на местных сопротивлениях на участке трубы длиной /.

Выразим в первом сечении трубопровода пьезометрический напор

Рх = Z2 ~ Zl +— +Щ -2 - g 'P g'P

Величину p\/g-p назовем потребным напором Япотр, если эта величина не известна, если же она задана, то - располагаемым напором Ярасп. Разность геометрических высот Az = zi - z\ вместе с пьезометрическим напором в конечном сечении составляют статический напор

= Az + - ^ - g -P

Запишем потери напора в трубопроводе как степенную функцию расхода

S A ,-2 = k-QT,

где к - сопротивление трубопровода и показатель степени т имеют разные значения в зависимости от режима течения.

Для ламинарного режима

Для турбулентного режима

Основные задачи при расчете простых трубопроводов

Существуют три основных типа задач, решаемых при определении параметров простого трубопровода.

Взадаче первого типа по известным расходу Q, давлению на выходе из трубы р 2, свойствам жидкости (плотности р и вязкости v), размерам трубопровода (длине /, диаметру d), количеству и типам местных сопротивлений, а также материалу и качеству поверхности трубы находят потребный напор ЯП0Тр.

Взадаче второго типа по известным располагаемому напору Ярасп,

давлению на выходе из трубы р 2, (плотности р и вязкости v), размерам трубопровода (длине /, диаметру d), количеству и типам местных сопротивлений, а также материалу и качеству поверхности трубы находят расход жидкости Q.

Эта задача решается методом последовательных приближений. Порядок расчета следующий.

1. Задаются режимом течения жидкости, сравнивая располагаемый напор Ярасп с критическим напором Якр (соответствующим смене режима от ламинарного к турбулентному режиму течения жидкости)

величиной также является и коэффициент Дарси X. И задача решается методом приближений. Так как коэффициент Дарси изменяется в узких пределах (к = 0,015-Ю,04), то можно задаться его величиной. Большой ошибки при этом не будет, поскольку коэффициент Дарси в дальнейшем при определении 0 оказывается под знаком корня.

Рейнольдса Rei. По величине Rei находят уточненное значение коэффициента Дарси Х\ и расход во втором приближении 0 2•

6. Определяется степень расхождения между значениями Q\ и 0 2. если расхождение велико, то расчет продолжают в прежнем порядке, вычисляя новое значение коэффициента Дарси Хъ и т.д.

Разница между каждым последующим значением расхода и предыдущим значением будет делаться все меньше. Обычно достаточно сделать 2+3 приближения.

В задаче третьего типа по известным расходу 0, располагаемому напору Япотр, Давлению на выходе из трубы /?2, свойствам жидкости (плотности р и вязкости и), размерам трубопровода (длине /), количеству и типам местных сопротивлений, а также материалу и качеству поверхности трубы находят диаметр трубы d. Порядок расчета

3.Полученное значение диаметра трубопровода d округляют до ближайшего стандартного значения. А затем по этому значению уточняют величину Ярасп и Q.

4.Если режим турбулентный, то задача решается графически. Задаются рядом стандартных значений d. По этим значениям и по заданному расходу Q находят величины напоров ЯПОтР по уравнению

H mпотр = H СТa + k . Q T

5. По полученным значениям строится график зависимости Япотр ~~f{.d).

6. По величине напора Ярасп по графику Япотр = 0 находят потребный диаметр трубы, который и округляют до ближайшего стандартного

значения.

Рис. 80. Зависимость диаметра трубы от напора

Последовательное соединение трубопроводов

Последовательный трубопровод состоит из нескольких труб различной длины и различного диаметра, соединённых между собой. В каждом из этих трубопроводов могут иметься свои местные сопротивления.

Пусть три трубы разных диаметров соединены последовательно. Понятно, что расход жидкости во всех трубах будет одинаковый, а общая потеря напора будет равна сумме потерь напора на отдельных участках

a = Ô 2 = a = e ; =/?. + k + V

Таким образом, для построения характеристики такого трубопровода надо сложить потери напора на отдельных участках при одних и тех же расходах (рис. 81).

Так как в общем случае скорости в начале и в конце трубопровода различны, то в выражение потребного напора должно войти слагаемое,

отражающее разность скоростных напоров. Для турбулентного режима течения (при а = 1)

Рис. 81. Последовательное соединение трубопроводов

Тогда окончательно получим

Полученное уравнение, определяющее суммарные потери давления, представляет собой характеристику сложного трубопровода, которая является суммой характеристик простых трубопроводов. Это уравнение позволяет узнать, какие энергетические характеристики должен иметь источник энергии, чтобы жидкость могла протекать по всему трубопроводу. Сумма (С + к) в этом выражении - общее гидравлическое сопротивление сложного трубопровода.

Параллельное соединение трубопроводов

Отличительной особенностью таких трубопроводов является то, что поток жидкости делится в одной точке на несколько самостоятельных потоков, которые позже сходятся в другой точке. Каждый из этих потоков может содержать свои местные сопротивления. Наиболее часто возникающей задачей, связанной с