9247

П1 – пьезометр; П2 – трубка Пито; – установлены в характерной точке живого сечения потока жидкости.

E-E – напорная линия (строится по уровню жидкости в П2);

P-P – пьезометрическая линия (строится по уровню жидкости в П1);

I = 0.

1.3.3.Гидравлические сопротивления

Вобщем случае потеря полного напора складывается из двух составляющих:

31

шероховатости внутренней поверхности трубопровода).

упрощенном виде) экспериментальное исследование: организуется движение

трубопроводу (из труб с одинаковой внутренней шероховатостью при

1 – трубопровод;

2 – пьезометры;

3 – запорно-регулирующее устройство (в конструктивной схеме отражена основная функция: изменение гидравлического сопротивления при изменении проходного сечения трубы.

Рисунок 1.3.5 – Схема экспериментальной установки

32

В результате эксперимента получается большой массив данных, при обработке которых выстраивается график вида:

Примечание: на оси абсцисс условно показаны граничные

для выделения ламинарного – турбулент-

ного режимов течения

жидкости

Рисунок 1.3.6 – График зависимости = ( , )

Анализ:

•< 2000 – ламинарный режим течения жидкости: по экспериментальным точкам построена прямая ab, т.е. = ( );

•2000 ≤ ≤ 4000 – переходная область течения жидкости:

называемая «область гидравлически гладких труб», которая складывается в

границах 4000 ≤ 10;

– кривая di li указывает на зависимость вида = ( , ); это так называемая «область доквадратичного сопротивления шероховатых русел»,

называемая «область квадратичного сопротивления шероховатых русел»,

которая складывается в границах ≥ 500.

33

формула Альтшуля:

2) Определение потери напора в местных сопротивлениях На коротких участках русла, где происходит резкое изменение

структуры потока жидкости, интенсивно расходуется его механическая энергия; эти участки русла сложной геометрической формы называются

«местными сопротивлениями». К таким сопротивлениям относятся,

например, фасонные части (фитинги) и арматура трубопроводов:

Рисунок 1.3.7 – Конструктивные варианты местных сопротивлений

Можно утверждать, что местные потери энергии при турбулентном режиме пропорциональны кинетической энергии потока жидкости, т.к. их физической основой служат явления инерционного происхождения. Таким образом, местные потери напора можно оценивать в долях скоростного напора, т.е. рассчитывать по формуле Вейсбаха:

hj V 2 , (1.3.10)

2g

34

где V – средняя скорость потока жидкости в сечении после местного

сопротивления;

экспериментально; для стандартных конструктивных элементов значение коэффициентов приведены в справочной литературе; при этом, если > 2 104. . .4 104, то const и не зависит от ν и V).

При конструировании трубопроводов, в том числе при формировании

их измерительных систем, следует принимать во внимание, что местное сопротивление, как правило, не заканчивается в его геометрических

Рисунок 1.3.8 – Изменение структуры потока жидкости под действием местного сопротивления

1 – отрывные течения; 2 – деформированная эпюра распределения скоростей в живом сечении; 3 – характерная эпюра скоростей

1.3.4. Гидравлический удар в напорном трубопроводе

Под гидравлическим ударом понимают резкое повышение (или понижение) давления жидкости в трубопроводе в результате инерционных усилий массы жидкости при внезапном изменении скорости потока. Данное явление свойственно только капельным жидкостям, обладающим малой деформацией сжатия, при неустановившемся (нестационарном) движении жидкости.

35

Для правильного понимания гидравлического удара экспериментально воспроизведем его инициирование и анализ протекающих процессов:

Рисунок 1.3.9 – Схема экспериментальной установки

для исследования гидравлического удара

процесс:

Рисунок 1.3.10 – Регистрация изменения давления при резком торможении потока жидкости

Повышение давления при прямом гидравлическом ударе рассчитывается по формуле Н.Е. Жуковского:

36

–ограничение длин l установкой воздушных колпаков (или иных демпферов);

–установку предохранительных клапанов;

–использование для монтажа трубопровода труб из эластичных материалов;

и т.п.

37

РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ГИДРАВЛИКЕ

2.1. Введение

Для решения инженерной проблемы в первую очередь производится её методическая переработка к физическому описанию такого вида, для которого имеются теоретически обоснованные (см. Раздел 1) алгоритмы поиска целевой функции и её численных характеристик. Это описание формируется в виде так называемой «задачи», в исходном условии которой записаны все значимые параметры и представлена конструктивно-

технологическая схема инженерного объекта. При оформлении решения задачи обязательно составляется специальная расчетная схема, необходимая для правильного изначального математического описания проблемной ситуации, которая после преобразований, в конечном итоге, приобретает вид «рабочей формулы». На завершающем этапе решения выполняются арифметические операции, подготовленные с обязательным учетом международной системы единиц измерения (СИ) и правил округления численного значения искомого результата.

Для принятия конкретных (справочных) значений физических величин

впособии предусмотрены приложения 1 – 3.

2.2.Гидростатические расчеты

2.2.1. Давление в покоящейся жидкости

Задача № 1. Исходные данные (см. рис. 2.2.1 а).

Определить избыточное давление на свободной поверхности объема воды в герметично закрытом резервуаре, если показание пьезометра h = 0,4

м.

Задача № 2. Исходные данные (см. рис. 2.2.2 а).

Определить разность давлений p в двух напорных трубопроводах, если их центры расположены на расстоянии z = 0,5 м, а разность уровней рабочей жидкости (ртути) в дифманометре h = 0,2 м. Трубопроводы транспортируют воду.

38

1 – герметично-закрытый неподвижный резервуар,

2 – пьезометр (жидкостный манометр, в котором рабочей жидкостью является жидкость, содержащаяся в сосуде, где измеряется давление; открытая с двух концов трубка относительно малого диаметра)

Рисунок 2.2.1 а – Исходные данные к задаче № 1

1 – напорные трубопроводы для транспортирования жидкости; 2 – жидкостный дифференциальный

манометр (дифманометр) с рабочим телом плотностью рт

Рисунок 2.2.2 а – Исходные данные к задаче № 2

1 – герметично закрытый неподвижный

резервуар, заполненный жидкостями с и в ; М

2– механический манометр;

3– механический вакуумметр

Рисунок 2.2.3 а – Исходные данные к задаче № 3

39

метрические или уровнемерные)

Рисунок 2.2.4 а – Исходные данные к задаче № 4

Задача № 3. Исходные данные (см. рис. 2.2.3 а).

Определить общую высоту двух слоев разнородных жидкостей (масла

Задача № 4. Исходные данные (см. рис. 2.2.4 а).

В цилиндрическом отстойнике положение положение поверхности

раздела между маслом и осевшей водой определяется по уровню воды в трубке А, а уровень масла – по уровню в трубке B. Определить: 1 ) плотность

если при тех же объемах воды и масла в отстойнике над маслом создается избыточное давление 10 кПа. Объемом жидкости в трубках

пренебречь.

Задача № 1. Решение (см. рис. 2.2.1 б).

40