![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Движение жидкостей по трубам
Как следует из уравнения Бернулли, для компенсации потерь энергии (потерь напора) энергия в начале потока должна быть больше, чем в конце. Источники энергии потока жидкости. Начальную энергию создают в форме удельной потенциальной энергии положения (геометрического напора) либо удельной потенциальной энергии давления (пьезометрического напора). Потенциальную энергию положения запасают в напорных баках (рис. 6.8, б), поднимая жидкость в поле сил тяжести на некоторую высоту Если на поверхности жидкости в замкнутом аппарате создать давление газа Наиболее часто энергию в начале трубопровода создают насосом (рис. 6.8, в). Насос — это гидравлическая машина, предназначенная для передачи энергии потоку жидкости. Основная доля этой энергии — потенциальная энергия давления и частично — кинетическая. Потери напора по длине потока. Когда передвигают книгу по столу, то затрачивают энергию на преодоление силы трения о стол. При движении жидкости энергия будет затрачиваться на пре
одоление сил трения в жидкости. Экспериментально доказано, что при движении жидкости на стенке трубы образуется тончайший неподвижный слой этой жидкости. Поэтому даже на стенке трубы сохраняется жидкостное трение. Потери напора где Очевидно, что чем больше длина трубы /, тем значительнее затраты энергии (напора) на преодоление трения. И наоборот, с увеличением диаметра трубы d затраты энергии уменьшаются, так как поверхность трения становится относительно меньше. Значения коэффициента трения Влияние шероховатости на величину потерь напора обусловлено образованием вихрей на выступах неровностей трубы, что требует затрат некоторой доли энергии потока. Различают абсолютную и относительную шероховатость. Абсолютная шероховатость (е) — это высота выступов неровностей на стенках трубы. Она зависит от материала и способа изготовления трубы. Значения абсолютной шероховатости приводятся в справочниках. Относительная шероховатость — это отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубы (e/d). При определении коэффициента трения обычно используют обратную величину — характеристику шероховатости (d/e). При увеличении шероховатости возрастает число вихрей и повышаются потери напора. Например, потери напора в чугунной трубе больше, чем в стеклянной, при прочих равных условиях. Потери напора на местных сопротивлениях. В трубопроводе скорость жидкости может изменяться по величине и направлению из-за наличия поворотов канала, сужений, установки различных регулирующих устройств и т.д. На таких участках, называемых местными гидравлическими сопротивлениями, вследствие инерции жидкость отрывается от стенок и образуются вихревые зоны. На формирование вихрей затрачивается часть энергии потока. Примерами местных сопротивлений могут служить внезапное расширение потока и плавный поворот (отвод) трубы, показанные на рис. 6.9. В первом случае изменяется значение скорости, во втором — ее направление.
![]() Потери напора где Полные потери напора в трубопроводе. Производственные трубопроводы разнообразны как по расположению в пространстве, таки по оснащению их устройствами управления и вспомогательным оборудованием. Устройства управления служат для регулирования расхода жидкости или полного перекрытия потока (кран, вентиль, задвижка), ограничения давления в трубопроводе (предохранительный клапан), пропускания жидкости лишь в одном направлении (обратный клапан) и других целей. К вспомогательным устройствам, устанавливаемым на трубопроводах, относятся очистители жидкости (фильтры), гидроаккумуляторы (устройства для погашения гидравлического удара) и др. Все элементы трубопроводов на гидравлических схемах имеют условные стандартные изображения. Саму трубу изображают сплошной линией. На рис. 6.10 представлен пример схемы простого трубопровода. Его начало помечено цифрой 1, а конец — цифрой 2. Высота подъема жидкости обозначена
местных сопротивлениях. Их суммирование позволяет определить полные потери напора ![]() где Потребный напор. Пьезометрический напор в начале трубопровода Обеспечение потребного напора (удельной энергии) в трубопроводе сопряжено с подъемом жидкости на высоту
Трубопровод, схема которого приведена на рис. 6.10, называют простым, так как он не имеет ответвлений. Трубопроводы с ответвлениями называют сложными. В производственной практике применяют два основных вида_ сложных трубопроводов: с параллельным соединением труб и сложный тупиковый трубопровод.
![]() ![]() ![]()
![]()
Это равенство справедливо, даже если ветви имеют неодинаковую длину и диаметр, а также разные местные гидравлические сопротивления. При этом значения расходов В сложном тупиковом трубопроводе (рис. 6.12) магистральный поток (участок АВ) разделяется на два потока (ветви ВС и BD). Очевидно, что сумма расходов в ветвях трубопровода равна расходу в магистрали;
При решении практических задач обычно известны расходы в ветвях, напоры в конечных точках ( При определении потребного напора На приведенной схеме (см. рис. 6.12) напор в точке В одинаков для простых участков ВС и BD. При разных расходах и иных параметрах ветвей расчетные значения потребного напора При определении потребного напора в начале магистрали Для достижения требуемых расходов Устройства для измерения расхода. На производственных установках расход жидкости измеряют с помощью сужающих устройств — дроссельных расходомеров. Наиболее простое по конструкции и широко распространенное устройство — диафрагма. Схема измерения расхода с помощью диафрагмы приведена на рис. 6.13. Диафрагма представляет собой диск с отверстием определенной формы. Ее зажимают между усреднительными камерами, которые необходимы для повышения точности измерения. К этим камерам подсоединяют дифференциальный манометр для измерения разности давлений до и после диафрагмы. В сечении 1—1, до сужения потока, его скорость равна Зависимость разности давлений от расхода жидкости представляют графически в форме градуировочной кривой, прилагаемой
к каждой конкретной диафрагме. С помощью такой кривой по показаниям прибора можно определить расход жидкости. Гидравлический удар. Явление гидравлического удара возникает в трубопроводах при резкой остановке потока жидкости. До сих пор мы пренебрегали ее сжимаемостью, считая, что при изменении давления объем жидкости не меняется. Но при гидравлическом ударе пренебрегать этим свойством жидкости нельзя. Как возникает гидравлический удар? Рассмотрим простейшую трубопроводную схему (рис. 6.14). В горизонтальной трубе 2 жидкость движется под действием постоянного геометрического напора го, создаваемого в водонапорной башне 1. При этом давление на входе в трубу также постоянно и равно При резком закрывании крана внезапно остановится та часть жидкости, которая находится в слое толщиной Наконец, вся жидкость в трубе остановилась. Давление в ней повысилось и стало больше начального значения на входе в трубу. Возникла разность давлений, под действием которой жидкость потекла обратно, начиная со слоя, примыкающего ко входу в трубу.; При оттоке жидкости в трубе понижается давление. Образуется «отрицательная» волна давления, распространяющаяся со скоростью звука. Смена давлений в трубе происходит как колебательный процесс с постепенным затуханием до полной остановки жидкости. Давление, возникающее в трубе при полной остановке потока, определяют по формуле Жуковского
![]() где v — начальная скорость потока; с — скорость звука в данной жидкости. В качестве примера определим давление, возникающее в трубе в результате гидравлического удара, если жидкость (вода) имеет плотность р = 1000 кг/м3 и начальную скорость движения v = 2 м/с. Скорость звука в воде примем равной с = 1500 м/с. Тогда давление составит Как можно предотвратить возникновение гидравлического удара? Одним из способов его предупреждения является установка вместо крана, резко перекрывающего поток, вентиля или задвижки. Конструктивно они выполнены так, что останавливают поток плавно, уменьшая скорость жидкости постепенно. В этом случае может возникнуть лишь так называемый непрямой гидравлический удар с незначительным повышением давления. Если по требованиям технологии производства или техники безопасности резкая остановка потока жидкости необходима, то на трубопроводе можно установить специальное устройство — гидроаккумулятор (воздушный колпак). При внезапном повышении давления газ в полости гидроаккумулятора сжимается, и жидкость поступает в эту полость, что предотвращает ее сжатие в трубе. Контрольные вопросы 1.Что изучает гидравлика? 2.В чем состоит особенность жидкости как физического тела? 3.Какие физические свойства жидкости учитывают в гидравлике? 4.Что такое гидростатическое давление? В каких единицах его измеряют? Каковы его свойства? 5.Какой параметр рассчитывают с помощью основного уравнения гидростатики? Как изменяется давление в жидкости с увеличением глубины? В чем заключается закон Паскаля? 6.От чего зависит сила давления жидкости на плоскую стенку? 7.Что такое расход жидкости? Как он зависит от скорости потока и площади его поперечного сечения? 8.Чем отличается ламинарный режим течения жидкости от турбулентного? От каких физических параметров зависит возникновение того или иного режима? 9.В чем заключается физическое (энергетическое) толкование уравнения Бернулли? 10.С помощью каких устройств можно на практике измерять величины, входящие в уравнение Бернулли? 11. В чем состоит различие уравнений Бернулли для реальной и идеальной жидкостей? 12.Назовите возможные источники энергии для перемещения жидкости по трубам. 13.От чего зависят потери напора (удельной энергии) по длине потока? 14.Какие участки трубопровода называют местными гидравлическими сопротивлениями? От чего зависят потери напора (удельной энергии) на преодоление этих сопротивлений? 15.В чем состоит принцип сложения потерь напора? 16.Что такое потребный напор? От чего он зависит? 17.Какие устройства используют для измерения расхода жидкости в трубопроводе? 18.Какова причина возникновения гидравлического удара в трубах? Как его предотвращают? Глава 7
|