Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Конспект лекцій з курсу Гідравліка і гідропневмоприводи - файл 1.doc


Конспект лекцій з курсу Гідравліка і гідропневмоприводи
скачать (654.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc655kb.16.11.2011 06:02скачать

1.doc

1   2   3
ТЕМА 5. Замкнуті (кільцеві) і розімкнені (тупикові) водопровідні мережі


Загальна довжина трубопроводу розімкненої мережі менша за кільцеву. Це єдиний позитивний показник розімкненої мережі. Основний її недолік - це неможливість забезпечення водою об'єктів у разі аварії на мережі.


1) 2)

А В А В


С Д


С Д


Рис. 5.1– Схема розімкненої (1) та кільцевої (2) водопровідної мережі


Кільцева водопровідна мережа на випадок можливої аварії забезпечує подачу води з другого боку кільця, проте вже в зменшеній кількості. Тому в містах водопровідна мережа влаштовується кільцевою.


5.1. Розрахунок розімкненої мережі водопроводу.


На рис. 5.2 водонапірна башта розташована в т. А. У точках В, С, Е, F, M, G є вузлові витрати. Шляхові витрати є на ділянках BL, KG, DE, EF.

Розрахунок розімкненої мережі починають з найбільш віддалених точок мережі і ведуть в напрямі, зворотному руху води. На кожній ділянці визначають шляхову, транзитну і розрахункову витрату, втрати напору на ділянках визначаються за формулами або таблицями.

Діаметр трубопроводу приймають як економічно найвигідніший, виходячи з розрахункової витрати. Визначення п'єзометричних відміток проводять таким чином: у кінцевих точках мережі п'єзометричні відмітки рівні нівелювальним відміткам з урахуванням вільного напору. У наступній крапці п'єзометрична відмітка буде рівна сумі п'єзометричної відмітки першої крапки і втратам напору між цими двома крапками.


QG

QM

K G

M

QB


A B C QC D


L QE QF


E F


40 39 38 37 36 35


Рис.5.2 – Схема розімкненої водопровідної мережі


Якщо вільний напір в новій крапці опиниться менше заданого, то п'єзометричну відмітку в крапці потрібно збільшити, потім переходимо до наступної крапки.

Оскільки в крапці С з'єднуються гілки, то перш ніж перейти до т. В слід визначити необхідну п'єзометричну відмітку в т. С для забезпечення водою відгалуження СКG. З двох розрахункових п'єзометричних відміток в т. С слід прийняти більшу і, виходячи з неї, продовжувати розрахунок.


^ 5.2. Схема розрахунку кільцевої мережі

Розрахунок кільцевої мережі зводиться до розрахунку окремих кілець, що становлять загальну водопровідну мережу об'єкта.

А В




С Д


Рис. 5.3 – Схема кільцевої мережі

Звичайно для живлення кільця призначена одна крапка (т. А). В першу чергу визначають вузлові і шляхові витрати, загальна витрата в т. А буде рівна сумі всіх вузлових і шляхових витрат. Ця витрата розподілятиметься по ділянках АВ і АС. Розподіл цієї витрати спочатку приймають орієнтовно, також визначають витрати і на інших ділянках кільця. Знаючи орієнтовні витрати на всіх ділянках кільця, приймають розміри діаметрів трубопроводів на окремих ділянках, виходячи з економічно найвигідніших швидкості і розмірів діаметра по ГОСТу. Потім визначають втрати напору на окремих ділянках і записують їх із знаком «+», якщо вода на цих ділянках рухається за годинниковою стрілкою, і знаком «-», якщо вода рухається проти годинникової стрілки.

Сума втрат напору при правильному розподілі витрат і виборі діаметрів окремих ділянок повинна бути рівна 0 або близька до 0. У випадку, якщо сума втрат більше 0,2 - 0,5 м, то слід перерозподілити напрям витрат, направивши більші витрати на ті ділянки, де втрати напору виявилися меншими. Якщо у результаті виходить непогодження зі знаком «+», то слід збільшити витрату у напрямі руху води проти годинникової стрілки, зменшивши при цьому витрату в напрямі за годинниковою стрілкою і навпаки.

^ КОТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  1. Розрахунок розімкненої мережі водопроводу.

  2. Розрахунок кільцевої мережі.

ТЕМА 6. Задача про два і три резервуари


Звичайна схема водопостачання складається з водонапірної башти, яка живить мережу, і водопровідної мережі. Щоб зменшити висоту водонапірної башти, а отже і вартість будівництва, башту розташовують в найбільш високій точці місцевості, але в деяких випадках необхідне влаштування не однієї башти, а двох або трьох.




h

НбА


ZА Нвільн. Нб.В


А ZД


l1,d1 Д ZВ


l2,d2 В


Рис. 6.1 – Розташування двох водонапірних башт в мережі

водопостачання


Задача про два резервуари зводиться до наступного: живлячий об'єкт, розташований в т.Д, що одержує воду з двох резервуарів, які розташовані в т.А і т.В. При цьому відмітки точок А, В і Д різні, різні висоти башт, різні відмітки днищ резервуарів. На схемі резервуар А має більшу відмітку, тому він є основним. При максимальному водоспоживанні об'єкта в т.Д потрібен напір Нвільн.. При зменшенні водоспоживання із-за зменшення витрати напір в т.Д збільшується, він може опинитися більше, ніж рівень води в резервуарі в т.В і тоді резервуар, розташований в т.А забезпечуватиме водою не тільки об'єкт в т.Д, але і резервуар в т.В. У години максимального водоспоживання об'єкт споживає воду з обох резервуарів.

Визначимо режим роботи водопроводу в години максимального водоспоживання. Витрата води в т.Д рівна сумі витрат, що протікають по трубопроводу від першого і другого резервуарів.


QД = Q1+Q2;

Q1= К1· = К1 ;

Q2= К2· = К2 .

У години мінімального водоспоживання в т. Д напір підвищиться на деяку величину h:

^ Н = Нвільн. + h.


Тоді відмітка в т. Д буде більша, ніж відмітка т.В.

ZД + Нвільн. + hбВ + ZВ;

Q1= К1· = К1 ;

Q2= К2· = К2 .

У формулі для другої витрати чисельник виходить негативним, виходячи з нерівності ZД + Нвільн. + h > НбВ + ZВ. Це говорить про те, що неправильно вибрано напрям руху води. Отже, вода поступає від т.Д до т.В.


QД = Q1 - Q2


Залежно від зміни витрати в т.Д буде змінятися і напір від Нвільн. до (Нвільн. + h).




НбА h


ZА


А l1,d1 НбВ


l2,d2 ZВ

НбС l3,d3 Д

В

ZС


С


Рис. 6.2 - Розташування трьох водонапірних башт в мережі

водопостачання


У години максимального водоспоживання в т.Д витрата буде дорівнювати:

QД = Q1 + Q2 + Q3;

Q1= К1· = К1 ;

Q2= К2· = К2 ;

Q3= К3· = К3 .


У години мінімального водоспоживання напір в т.Д збільшується на величину h і стає рівним вільн. + h). При цьому дотримуються наступні нерівності:

ZД + Нвільн. + hбВ + ZВ;

ZД + Нвільн. + hбС + ZС.


Резервуар, розташований в т.А, є основним, через нього йде водопостачання до т.Д і поповнюються запаси води в резервуарах В і С, тому в години мінімального водоспоживання витрата в т.Д буде дорівнювати:


QД = Q1 - Q2 - Q3.


^ КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  1. Розташування водонапірної башти в мережі водопостачання.

  2. Визначення витрати води в години максимального водоспоживання в задачі про 2 резервуари.

  3. Визначення витрати води в години мінімального водоспоживання в задачі про 2 резервуари.

  4. Визначення витрати води в години максимального водоспоживання в задачі про 3 резервуари.

  5. Визначення витрати води в години мінімального водоспоживання в задачі про 3 резервуари.

ТЕМА 7. Гідравлічний удар У трубах


Гідравлічний удар - явище зміни (підвищення або пониження) тиску в трубопроводах при різкій зміні швидкості руху рідини за малий проміжок часу.

Гідравлічний удар характеризується виникненням хвилі підвищеного або зниженого тиску, яка розподіляється від місця зміни швидкості і викликає в кожному перерізі коливання тиску і деформації стінок водопроводу.

При різкому зменшенні швидкості на кожен 1 м/с втраченої швидкості тиск зростає приблизно на 10-12 атм. Внаслідок цього можуть виникнути ускладнення в нормальній роботі трубопроводу аж до розриву стінок труб і аварії на насосній станції. При гідравлічному ударі можливо також і різке падіння тиску до тиску насиченої пари рідини при даній температурі. Як наслідок зниженого тиску при гідравлічному ударі можливий розрив рідини. Проте в деяких випадках гідравлічний удар має позитивне значення.

Жуковський дійшов висновку, що у зв'язку з швидким закриттям засувок на водопровідній мережі і різким зменшенням швидкості до 0 відбувається перехід кінетичної енергії рухомого по трубопроводу потоку в потенційну енергію, яка витрачається на стиснення води. Чим більша довжина трубопроводу, тим більше в ній маса рідини і величина кінетичної енергії, і тим більше буде підвищення тиску. До виникнення гідравлічного удару можуть наводити різні причини:

1) швидке закриття або відкриття запірних і регулюючих пристроїв;

2) раптова зупинка насосу;

3) випуск повітря через гідранти на зрошувальній мережі при заповненні трубопроводів водою;

4) пуск насосу при відкритій засувці на напірній лінії.

Характер процесу гідравлічного удару залежить від його причин. При різкому закритті засувки в кінці трубопроводу гідравлічний удар почнеться з підвищеного тиску, який від засувки розповсюджуватиметься вгору по трубопроводу, а потім зміниться зниженим тиском. Якщо закрита засувка в кінці трубопроводу різко відкриється і гідравлічний удар почнеться зі зниженого тиску, який потім зміниться підвищеним. Гідравлічний удар, що починається з хвилі підвищеного тиску, називається позитивним, а що починається із зниженого тиску - негативним.


^ 7.1. Теорія гідравлічного удару Жуковського


Жуковським було виділено 4 етапи розвитку гідравлічного удару.




Н


Х




X


l


Рис. 7.1 – Етапи розвитку гідравлічного удару


1) при миттєвому закритті засувки шар рідини біля неї зупиниться, а решта рідини в трубі продовжуватиме рухатися з колишньою швидкістю. Через деякий час почнуть зупинятися шари рідини зліва від засувки, тобто фронт рідини, що зупинилася, рухатиметься від засувки до резервуару. У об'ємі рідини, що зупинилася, між засувкою і перерізом Х-Х виникне додатковий тиск (Δр). Праворуч від перерізу Х-Х рідина нерухома і її тиск рівний: (р + Δр), а зліва від перерізу Х-Х рідина рухається з колишньою швидкістю, тиск в трубі р. Фронт стиснення рухомої рідини у напрямі резервуару із швидкістю розповсюдження ударної хвилі С.

Описаний процес пошарового стиснення продовжуватиметься до тих пір, поки ударна хвиля не дійде до резервуару: вся рідина в трубі нерухома, стисла під тиском і деякий її об'єм поступить з резервуару в трубу;

2) початок другого етапу співпадає із закінченням першого етапу, тобто рідина в трубі стисла, далі, розширюючись, рідина почне рухатися у бік резервуару. Спочатку прийдуть у рух шари рідини поблизу резервуару, а потім і віддаленіші шари. При цьому фронт спаду тиску почне переміщатися від резервуару до засувки. До кінця фази вся рідина в трубі рухається у бік резервуару, а тиск відновлюється до первинного;

3) рідина в трубі тече у бік резервуару, біля засувки утворюються шари рідини, в яких тиск рівний – (р – Δр).

У цьому випадку фронт зниженого тиску рухається у бік резервуару, зліва від нього тиск р і швидкість, що направлена вліво; справа рідина буде нерухома, а тиск – (р – Δр). Цей етап закінчується приходом даного фронту до резервуару;

4) початок 4-го етапу характеризується ситуацією, при якій тиск біля входу в трубу з боку резервуару (р) більше, ніж з боку труби (р - Δр). Тому рідина з резервуару почне витікати в трубу із швидкістю V і тиск в ній зростатиме до р. При цьому фронт первинного тиску стане переміщатися до засувки із швидкістю розповсюдження ударної хвилі. До кінця етапу швидкість у всій трубі буде V, а тиск - р. Але оскільки засувка закрита, то починаючи з кінця 4-го етапу, процес гідравлічного удару почне повторюватися.

При гідравлічному ударі частина енергії рідини переходить в тепло, тому з часом амплітуда коливання Δр затухає і процес припиняється.

Час проходження ударної хвилі по трубопроводу від місця виникнення удару до кінця трубопроводу і назад, називають фазою ударної хвилі:


. (7.1)

Якщо час закриття засувки менше фази ударної хвилі, то при поверненні ударної хвилі до засувки вона вже буде повністю закрита. Гідравлічний удар у даному випадку називається прямим.

У разі прямого удару створюється повна сила гідравлічного удару.

Якщо час закриття засувки більше фази ударної хвилі, то при поверненні ударної хвилі засувка буде не повністю закрита. В цьому випадку гідравлічний удар називається непрямим.

Для визначення максимального підвищення тиску при прямому ударі використовують формулу Жуковського:


Δр = ρ·V0·C, (7.2)


де ρ - щільність рідини, 1000 кг/м3;

V0 - швидкість руху води в трубопроводі до закриття засувки, м/с;

C - швидкість розповсюдження ударної хвилі, м/с.

При непрямому гідравлічному ударі для визначення підвищення тиску необхідно застосувати закон зміни швидкості руху рідини в трубопроводі, яка залежить від характеру закриття засувки. Для приблизного підрахунку використовують формулу


, (7.3)


де l - довжина трубопроводу від місця удару до розрізу, в якому підтримується постійний тиск (наприклад, до резервуару або до місця приєднання до трубопроводу більшого діаметра);

tз - час закриття засувки, с.

Швидкість розповсюдження ударної хвилі залежить від пружних характеристик матеріалу труб, стисливості рідини і відношення діаметра труби до товщини її стінок:

С = , (7.4)


де К - модуль об'ємної пружності рідини (для води К = 2030 МПа);

Е - модуль пружності матеріалу стінок труби, Па;

D - діаметр труби, м;

δ - товщина стінок труби, м.

Для абсолютно непружних стінок Е → ∞, тому


С = . (7.5)


Ця швидкість рівна швидкості звуку в необмеженій пружній масі рідини (С = 1425 м/с).


^ 7.2. Заходи з локалізації явища гідравлічного удару у водопровідних трубах і на насосних станціях


Є заходи щодо недопущення небезпечних підвищень або понижень тиску в трубопроводах і заходи з їх захисту, якщо небезпечні коливання виникнуть.

Заходи щодо боротьби з гідравлічним ударом залежать:

1. Від умов подачі води, якщо вода йде самопливно з водоймища вниз і засувка знаходиться на нижньому кінці трубопроводу, то можливі наступні заходи:

- використовують засувки, що поволі закриваються. Цей захід заснований на тому, що чим більший час закриття засувки, тим менше втрачена швидкість в трубопроводі і тим менше підвищення тиску від гідравлічного удару;

- на трубопроводах можуть встановлюватися зрівняльні резервуари, що сполучені з трубопроводом, і проміжні резервуари, заповнені водою до висоти, яка відповідає нормальному тиску. При гідравлічному ударі в резервуар поступає деякий об'єм води і додатковий тиск в трубопроводі швидко гаситься;

- можуть використовувати повітряні ковпаки, де стиснене повітря амортизує підвищення тиску.

2. У разі зупинки насоса, який подає воду від низу до верху в резервуар, зворотний клапан, встановлений у насоса, закривається дуже швидко і на початку напірного трубопроводу може виникнути гідравлічний удар. Для боротьби прийнято влаштовувати:

- скидні пристрої, які при підході ударної хвилі відкриваються і пропускають воду на вилив. Ці спеціальні протиударні апарати ставлять на початкових ділянках напірних трубопроводів.


^ 7.3. Поняття про гідравлічний таран


Принцип роботи і пристрій гідравлічного тарану, призначеного для підйому рідини, заснований на явищі гідравлічного удару.

За допомогою гідравлічного тарану можливо частину води Q2, що поступає з джерела в кількості Q1, з напором Н1 підняти на висоту Н2, при цьому Q2<Q1.


H2

H1 1

Q1 Q2

2


Рис. 7.2 – Схема роботи гідравлічного тарану

Основними частинами тарану є коробка з двома клапанами (1 - пусковий клапан; 2 - робочий клапан) і повітряний ковпак.

Якщо таран не працює, обидва клапани закриті. Клапан 1 закритий під дією напору Н1, клапан 2 - під дією Н2. Для пуску тарану в роботу потрібно натиснути на клапан 1, він привідчиняється і створює умови для витікання води назовні. При цьому витрата води наростатиме, оскільки після відкриття клапана 1 основну енергію буде витрачено на подолання інерції маси води в трубопроводі, який сполучає джерело і клапанну коробку. Надалі Н1 буде повністю використаний на подолання опору.

Коли Q1 досягне певної величини, клапан 1 різко закриється через різницю тиску. Цей перший період роботи тарану називають розгінним. Як тільки клапан 1 закриється швидкість руху рідини по трубопроводу у напрямі клапанної коробки впаде до 0, відбудеться гідравлічний удар і в коробці з'явиться ударний тиск, який відповідає напору Н2. Цей період називають ударним. Після цього відкриється клапан 2 і частина води з клапанної коробки потрапить в напірний трубопровід. Її надходження продовжуватиметься до тих пір, поки тиск в клапанній коробці не впаде і клапан 2 закриється. Цей період називають робочим. За робочим періодом слідує період відтоку води, коли тиск в клапанній коробці менше за Н2, але більше за Н1. Вода з клапанної коробки піде у бік джерела живлення. В результаті клапан 1 відкриється і знову почнеться розгінний період.

Таким чином, робота гідравлічного тарану полягає в безперервному повторенні вказаних 4-х періодів.

ККД тарану рівний відношенню корисної роботи до витраченої роботи:


. (7.6)


На практиці ККД тарану не перевищує 0,4-0,5.


^ КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  1. Що таке гідравлічний удар?

  2. Причини виникнення гідравлічного удару.

  3. Позитивний і негативний гідравлічний удар.

  4. Теорія гідравлічного удару Жуковського.

  5. Фаза ударної хвилі.

  6. Прямий і непрямий гідравлічний удар.

  7. Визначення максимального підвищення тиску при прямому і непрямому ударі.

  8. Швидкість розповсюдження ударної хвилі.

  9. Заходи по локалізації явища гідравлічного удару у водопровідних трубах і на насосних станціях.

  10. Поняття про гідравлічний таран.

  11. ККД гідравлічного тарану.

ТЕМА 8. Витікання рідини з отворів і насадків.

Класифікація отворів і насадків


Відповідно до особливостей гідравлічного розрахунку отвори підрозділяються на великі і малі

^ Малий отвір - отвір, в різних точках якого геометричний напір (відстань по вертикалі від вільної поверхні рідини до даної точки отвору) практично однаковий. Висота такого отвору, розташованого у вертикальній стінці не перевищує 0,1 Н.

Великим називають отвір, геометричний напір в різних крапках по висоті якого не однаковий.

Таким чином, вузька вертикальна щілина є великим отвором, а отвір будь-якого розміру в дні резервуару - малим.

Отвори можуть бути правильної і неправильної форми. Форма отвору впливає на витікання рідини і у багатьох випадках змінює поперечний перетин витікаючого струменя. Це явище називають інверсією.


Р




Н3'

Н3'' 2 Н2 Н1


3


1


Рис. 8.1 – Резервуар з різними видами отворів


Отвір може бути в тонкій і товстій стінці.

Стінка вважається тонкою, якщо її товщина менше 0,67Н. У цьому випадку товщина стінки не робить вплив на характер витікання з отвору.

Товстою називається стінка при товщині стінки більш або рівної 0,67Н, тут товщина стінки робить вплив на витікання рідини. Крім того, на характер витікання рідини з отворів істотно впливає стиснення струменя при підході до отвору, постійність або зміна напору і рівень рідини за отвором.

Стиснення називається досконалим, коли бічні стінки і дно судини не впливають на витікання. Якщо отвір знаходиться від бічної стінки або дна на відстані трьох розмірів отвору (для круглого отвору 3d, для квадратного - 3а), то витікання відбувається з недосконалим стисненням. У цьому випадку бічні стінки або дно судини роблять вплив на витікання.

Стиснення струменя при підході до отвору може бути повним по всьому периметру і неповним, коли з однієї або декількох сторін рідина при підході до отвору не зазнає стиснення.

Якщо при витіканні рівень рідини в судині не змінюється, то має місце сталий рух і вважається, що витікання відбувається при постійному напорі.

При зміні рівня рідини має місце несталий рух, оскільки витікання відбувається при змінному напорі і гідравлічні елементи потоку змінюються за часом.

Розрізняють витікання за наявності притоку рідини і при його відсутності. В останньому випадку відбувається спорожнення судини.

Якщо рівень рідини за отвором не впливає на умови витікання, воно називається вільним.

При впливі рівня рідини на характер витікання, такі отвори називаються підтопленими (при приватному затопленні) або затопленими (витікання відбувається під рівень прилеглої нижче рідини).

Пропускна спроможність отвору залежить від умови стиснення струменя, для оцінки якого вводиться поняття коефіцієнта стиснення струменя:


, (8.1)


де: ωс - площа стислого живого перетину;

ωо - площа отвору.


^ 8.1. Витікання рідини з малих отворів при постійному напорі


Ра




1 1


Н 2

z1


2 z2

0 0


Рис. 8.2 - Витікання рідини з малих отворів при

постійному напорі


У бічній тонкій вертикальній стінці судини є малий отвір. Витікання вільне в атмосферу відбувається при постійному напорві, тобто рівень рідини в резервуарі не змінюється.


;

р1 = р2 = ратм; z1 – z2 = Н.


Оскільки площа поперечного перерізу судини значно перевершує площу перерізу струменя, то V1 = 0.

Н = ;

;

;

;

, (8.2)

де φ - коефіцієнт швидкості.

- швидкість при витіканні з малих отворів у тонкій стінці при постійному напорі.


; W2 = εω0;

;

,

- витрата

при витіканні з малих отворів в тонкій стінці при постійному напорі.

Звичайно при вільному витіканні води з малих отворів в тонкій вертикальній стінці приймають такі середні значення коефіцієнтів:


φ = 0,97; ξ = 0,06; ε = 0,64; μ = 0,62.


Одержані залежності справедливі для будь-яких інших малих отворів за умови, що витікання відбувається при постійному напорі.

Мінятися будуть тільки значення коефіцієнтів, які приводяться в спеціальних довідниках.

У загальному випадку коефіцієнти, які характеризують витікання з отворів, залежать від роду рідини, товщини стінки, температури, форми і розміру отвору, величини напору.


^ 8.2. Витікання рідини з великих отворів при постійному рівні рідини в резервуарі





Z H1 H2


dz


bz


Рис. 8.3 - Витікання рідини з великих отворів при постійному рівні рідини в резервуарі


Нехай в тонкій вертикальній бічній стінці резервуару є великий отвір довільної форми. Напір до верхньої кромки отвору Н1, до нижньої - Н2.

Виділимо в межах великого отвору елементарні смужки завтовшки dz і шириною bz, які знаходяться на глибині Z від вільної поверхні рідини. Тоді для цієї смужки як для малого отвору можна обчислити витрату.


dQ = µdV;


dQ = µ dz bz.


Оскільки коефіцієнт витрати для отворів визначається дослідним шляхом і береться за довідковими даними, при інтеграції виразу його можна винести за знак інтеграла. Тоді в загальному випадку витікання рідини з великого отвору в тонкій вертикальній стінці при постійному рівні рідини в резервуарі витрата може бути обчислена за формулою


dQ = µб Z1/2 dz bz, (8.3)


де µб - коефіцієнт витрати для великого отвору.


Окремий випадок.

Для великого прямокутного отвору в тонкій вертикальній стінці при постійному рівні рідини в судині bz = b, тоді


b 23/213/2). (8.4)


Для визначення витрати при витіканні з великого круглого отвору при постійному рівні рідини в резервуарі використовують формулу


dQ = µб ω. (8.5)


^ 8.3. Витікання рідини з отворів при змінному напорі


Витікання рідини з отворів при змінному напорі має місце тоді, коли рівень води в резервуарах підвищується або знижується. Розрахунки за визначенням витікання рідини при змінному напорі звичайно зводяться до визначення часу спорожнення або наповнення, величини початкового напору і розміру отвору.

Непризматичний резервуар - резервуар з непостійною площею горизонтального перерізу на рівні Н, який при зміні глибини має різну площу вільної поверхні.

Призматичний - резервуар з постійним перерізом на будь-якому рівні води.

Витікання рідини при змінному напорі - це несталий рух, тому в цьому випадку рівняння Бернуллі непридатне.

Розглянемо витікання рідини з резервуару при витраті витікання, не рівній притоці в резервуар.

q


Ω


Н1


Z


Н2 Н0


ω

Q


Рис. 8.4 - Витікання рідини з резервуару при витраті витікання, не рівній притоці в резервуар


Рівень води в резервуарі підвищується, якщо q>Q і навпаки знижується, якщо qQ.

Витікання рідини нестале. За час dt об'єм рідини змінюється на величину Ωdz.

Ω - площа поверхні рідини в резервуарі на відмітці z.

dz - зміна відмітки z за час dt.

Зміна в об'ємі рівна різниці об'єму, що поступив в резервуар, і об'єму, що витік з резервуару, тобто

Ωdz = q dt – Qdt - рівняння балансу води або рівняння несталого руху в резервуарі.

При постійній притоці такий несталий рух прагне стати сталим, тобто у будь-який момент часу витрата з резервуарі:


Q = µ ω.


Для визначення напору, при якому q = Q, використовують формулу


. (8.6)


Час, необхідний для зміни рівня рідини в резервуарі на величину dz складає:


. (8.7)


Для рідини з невеликою в'язкістю (води) можна вважати, що коефіцієнт µ = const, тоді час зміни рівня води від Н1 до Н2 складе:


. (8.8)


Для вирішення цього рівняння необхідно знати: закон зміни площі поверхні води в резервуарі залежно від її відмітки.


^ 8.4. Витікання рідини через насадки


За характерними особливостями гідравлічного розрахунку труби діляться на наступні види:

- довгі труби - це такі труби, в яких втрати по довжині більше місцевих втрат;

- короткі труби - це труби, в яких втрати по довжині майже рівні з місцевими втратами;

- дуже короткі труби (патрубки) - це такі труби, в яких втрати по довжині менше місцевих втрат;

- насадки - це приєднані до отвору короткі патрубки звичайно завдовжки 2-4d, які дозволяють істотно змінювати швидкість і витрату при витіканні рідини.

Як правило, насадки є незатопленими, тобто витікання рідини відбувається в газове середовище. При цьому рух рідини в насадках напірний. Насадки бувають:

- зовнішні і внутрішні;

- циліндрові;

- що конічно сходяться і розходяться;

- коноїдальні.





1 2 3 4 5


Рис. 8.5 – Форми насадків


1 - зовнішній циліндровий; 2 - внутрішній циліндровий; 3 - що конічний сходиться; 4 - що конічний розходиться; 5 - коноїдальний.

До пристрою насадок вдаються у разі, коли потрібно збільшити пропускну спроможність отвору або для збільшення (зменшення) кінетичної енергії витікаючого струменя.

Зростання витрати рідини в порівнянні із звичайним отвором того ж діаметра в тонкій стінці пояснюється наявністю вакууму на початку насадки, що викликає збільшення напору в стислому перерізі. При цьому стиснення живого перерізу виникає безпосередньо після входу рідини у насадку в результаті криволінійного руху рідини на підході.

Вакуум на початку насадки утворюється таким чином.

За умовою нерозривності струменя швидкість виходу з насадки буде менше швидкості в стислому перерізі. Тому гідродинамічний тиск в стислому перерізі буде менше тиску на виході. Оскільки тиск на виході рівний атмосферному тиску, в стислому перерізі воно менше, отже, утворюється вакуум.

Розрахункові залежності від витікання з насадок аналогічні залежностям для малого отвору.

; (8.9)

. (8.10)

Відмінність одержаних формул полягає у величинах коефіцієнтів швидкості і витрати. Середнє значення коефіцієнтів для найбільш поширених насадок приведені в табл. 8.1.

^ Таблиця 8.1. - Середнє значення коефіцієнтів для найбільш поширених насадок


№№

Тип насадки

Коефіцієнти

φ (швидкості)

ε (стиснення струму)

µ (витрати)

1

Зовнішній циліндричний при l = 3-4d

0,82

1

0,82




При l = 20d

0,73

1

0,73

2

Внутрішній циліндричний при l = 0,5d

0,98

0,52

0,51




При l = 3-4d

0,71

1

0,71

3

Конічний, що сходиться при α = 50

0,92

1

0,92

4

Конічний, що розходиться при α = 50

0,48

1

0,48

5

Коноїдальний

0,96

1

0,96
1   2   3



Скачать файл (654.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации