Гідравліка

Движение води у руслі каналу. Відкриті русла може бути природними чи штучними. До природним відкритим руслам ставляться річки й струмки, до штучним- канали, безнапорные труби (наприклад, дренажные), гидротехнические тунели і т. буд. Особливість руху на відкритому руслі у тому, що потік тут обмежений не зусебіч, а має вільну поверхню, всі крапки якої під впливом однакового зовнішнього тиску (атмосферного). Рівномірний рух рідини у відкритих каналах чи трубопроводах з частково заповненим поперечним перерізом встановлюється, коли геометричний ухил трубопроводу чи дна каналу має постійне значення у всій довжині і форма поперечного перерізу не змінюється. Шорсткість стінок каналу також має мати постійне значення. При відзначених умов, можливо існування рівномірного руху. Проте задля реалізації рівномірного руху потрібен ще, щоб поперечне перетин потоку в каналі було також постійним у всій довжині каналу. Слід зазначити, що безнапорное рух води представляє значно складніше явище проти напорным рухом, оскільки наявність вільної поверхні потоку призводить до зміни площ живих перетинів по довжині останнього часу навіть при незначних перешкоди. Це розгляду процесів волно-образования, змушує деяких випадках зважати на вплив сил поверхового натягу тощо. п. При гідравлічних розрахунках відкритих каналів і безнапорных трубопроводів поставлено завдання визначення швидкість руху рідини в каналі, площі перерізу й найвигіднішої форми каналу. При рівномірному русі рідини у відкритому руслі гідравлічний iг і пьезометрический iп ухили, і навіть ухил дна русла iп рівні між собою: iг = iп = iд (5. 29) З урахуванням рівності (5. 29) відкриті канали і безнапорные трубопроводи розраховуються по формулам, виведені раніше напірних трубопроводів (формули Шези і Павловського). Значення коефіцієнта шорсткості п для широкого діапазону умов наведені у додатку 2. Відповідно до формули Шези, канал володітиме найвигіднішої формою, якщо заданої площі поперечного перерізу він матиме найменший змочений периметр. У цьому канал забезпечуватиме найбільший витрата. Найбільш вигідними профілями каналів є коло і полукруг. Насправді частіше застосовуються канали трапецеидальной форми, що у грунті напівкругле перетин досить важко. Більше докладних відомостей про рух води у відкритих руслах можна почерпнути у спеціальній литературе.

Місцеві сопротивления.

При русі реальної рідини крім втрат на тертя за довжиною потоку можуть бути й дуже називавши мые місцеві втрати напору. Причина останніх, наприклад, у трубопроводах, — різноманітних конструктивні вставки: коліно 3, трійники 2, звуження і трубопроводу, засувка 1, вентилі тощо. п., необхідність застосування яких пов’язане з умовами спорудження та експлуатації трубопроводу. Місцеві опору викликають зміна швидкість руху рідини по значенням (звуження і розширення), напрямку (коліно) чи значенням і. Напрямку одночасно (трійник), тому часто свідчить про деяку аналогію між явищами, наблюдаемыми у опорах, і ударом в твердих тілах, що з механічної погляду також характеризується раптовим зміною швидкості. Насправді місцеві втрати hмп визначають за такою формулою Вейсбаха.

[pic].

де? («дзета») — безрозмірний коефіцієнт, званий коефіцієнтом місцевого опору (значення? встановлюють дослідним шляхом);? — середня швидкість руху рідини в сечении потоку за місцевим опором. Якщо з будь-яким міркувань втрату напору бажано висловити через швидкість перед місцевим опором, необхідні перерахунок коефіцієнта місцевого опору. З цією метою використовують співвідношення ?1/?2 — (s1/s2)2, де ?1, ?2 — коефіцієнти місцевих опорів, відповідні сечениям s1 і s2.

[pic].

У окремих випадках втрати напору у опорах зручно визначати по так званої еквівалентній довжині - довжині прямого ділянки трубопроводу даного діаметра, де втрата напору на тертя hТР дорівнює (еквівалентна) втрати напору hмп, вызы ваемой відповідним місцевим опором. Еквівалентна довжина LЭ можна знайти з рівності втрати напору за довжиною, визначеною за формулою Дарси-Вейсбаха hтр=?(LЭ/d)[v2/(2g)], і місцевих втрат напору, врахованих формулою Вейсбаха hм.п. = ?[v2/(2g)]. Прирівнюючи праві частини з цих формул, находим.

LЭ = (?/?)d.

[pic].

Складання втрат напора.

В багатьох випадках на своєму шляху рідин одночасно спостерігаються втрати напору на тертя за довжиною і місцеві втрати напору. У таких випадках повна втрата напору окреслюється арифметична сума втрат всіх видів. Наприклад, повна втрата напору в трубопроводі довжиною L, діаметром d, що має? місцевих сопротивлений,.

[pic].

Вислів, що стоїть у дужках, називають коефіцієнтом опору системи та позначають через? сист. Таким образом,.

[pic].

Місцеві опору усунути еквівалентними їм довжинами. У аналізованому разі еквівалентна довжина, відповідна всім? місцевим сопротивлениям.

[pic](*).

Тоді, позначаючи L+LЭ=LП, можна визначати суму збитків за такою формулою Дарси-Вейсбаха. І тому у ній замість дійсною довжини трубопроводу L вводять наведену довжину LП. Таким образом,.

[pic](**).

Формули (*) і (**) зазвичай використовують при гідравлічному розрахунку трубопроводов.

Графоаналитические методи розрахунку трубопроводов.

При гідравлічному розрахунку трубопроводів широко використовують графоаналитические методи. Їх застосування значно полегшує і спрощує рішення деяких складних завдань, а окремих випадках (наприклад, при дослідженні спільної роботи кількох відцентрових насосів однією загальний трубопровід) є можливим прийомом, що дозволяє отримати дані рішення. Припустимо, що у найпростішому випадку є трубопровід діаметром d і довжиною L і за ним перекачується рідина, кінематична в’язкість? якої відома. Втрати напору у цьому трубопроводі перед ставляют собою функцію лише витрати рідини, т. е. ?H=f (Q). Зобразимо цю залежність графически:

[pic].

І тому, довільно переймаючись поруч значень Q обчислимо відповідні їм значення втрат напору? М і відкладемо (масштабу) по осі абсцис значення Q, а, по осі ординат — обчислені значення? H. Поєднавши отримані точки плавної лінією, одержимо криву зі зміни втрати напору в трубопроводі залежно від витрати. Цю криву називають характеристичної кривою, чи гідравлічної характеристикою трубопроводу. У випадку характеристичне крива трубо дроти складається з окремих ділянок різної форми — прямолінійного ділянки для ламинарного режиму (при малих Re) і параболічної кривою для турбулентного режиму (в області великих Re), своєю чергою що з ділянок різною крутизни (т. е. Парабол з різними показниками ступеня) у різних зонах цього режиму. Розглянемо побудова характеристик ще складних трубопроводів. Для простоти вважатимемо що лежать лише у горизонтальній площині. При послідовному поєднанні трубопроводів; попередньо будують характеристики окремих послідовно включених участков.

[pic].

На рис. зображені характеристики I, II, III ділянок відповідно 1, 2, 3. Бо за послідовному поєднанні втрати напору підсумовують, сплюсуємо криві I, II, III за вертикаллю. І тому проведемо ряд прямих, паралельних осі ординат. Кожна їх перетне ці криві. Додаймо ординати точок перетинань цих прямих з кривими. Одержимо ряд точок — а, b, з, …, принадле-жащих нової кривою I + II + III, що представляє собою потрібну суммар-ную характеристику всього аналізованого трубопроводу. При паралельному поєднанні також насамперед слід побудувати характеристики окремих паралельно включених участков.

[pic].

Нехай криві II, III, IV — такі характеристики ділянок 2, 3, 4. Як вказувалося, при паралельному поєднанні загальний витрата окреслюється сума витрат у окремих паралельно включених ділянках. Втрати напору в них однакові, а повні втрати напору визначаться як втрата напору щодо одного з вище перерахованих ділянок. Для побудови сумарною характеристики необхідно проведення цілої низки горизонтальних прямих, паралельних осі абсцис, і скласти за постійних ординатах абсциссы точок їх перетину з характеристиками окремих ділянок. Через війну одержимо ряд точок а, b, з,…, визначальних сумарну характеристику II+III+IV трубопроводу при паралельному поєднанні. Отже, для побудови сумарною характеристики складного трубопроводу необхідно скласти характеристики окремих ділянок (при паралельному поєднанні за горизонталлю, при послідовному — по вертикалі). У випадку, коли трубопровід складається з низки ділянок, з'єднаних між собою, як послідовно, і паралельно, сумарну характеристику всього трубопроводу знаходять шляхом послідовного складання попередньо добудував характеристик всіх окремих ділянок. Спочатку підсумовують характеристики паралельно включених ділянок 2, 3, 4 по горизонталі, а за-тем їх сумарну характеристику за вертикаллю з характеристиками ділянок 1 і п’яти, включених послідовно. Там, коли окремі ділянки трубопроводу лежать у різних площинах, при побудові і підсумовуванні характеристик необхідно враховувати також різницю висот? z між початковій та кінцевої точками ділянок. Характеристики їх треба будувати немає від початку координат, та якщо з точок, віддалених від цього по осі ординат на величину? z. Значення? z потрібно відкладати вгору, якщо кінцева точка ділянки располо-жена вище початковій точки (підйом рідини), і вниз, якщо вона перебуває нижче початковій точки (опускання рідини). Аналогічно слід зробити і у випадках, коли рідина подається в ємності з підвищеним чи понижен-ным тиском. У першому випадку висоту? p/pg, відповідну різниці початкового й кінцевого тисків р1 — р2 = ?р, відкладають вгору, а у другому — вниз. По збудованим гідравлічною характеристикам трубопроводів легко визначаються необхідний перепад напорів ?H по заданому витраті Q чи витрата по заданому перепаду напорів. Наприклад, для простого трубопроводу побудована його гідравлічна характеристика, то, відклавши перепад напорів ?H = ?z на осі ординат, за відповідною йому точці характеристики можна визначити витрата Q. Аналогічно визначають необхідний перепад напорів при заданому витратах. Гідравлічну характеристику трубопроводу використовують також за доборі відцентрового насоса. Для визначення необхідного діаметра трубопроводу по заданому Q і будують, переймаючись різними значеннями d, графік залежності ?H = f (d). По заданому значенням? H визначають відповідний йому діаметр трубопроводу d. Програми розрахунків для побудови залежності ?H = hтр = f (Q) і ?H = hтр = f (d) на программируемых калькуляторах типу «Електроніка», БЗ-34, МК-61 та інших приведено в прил. 2.

Рух води у руслі каналу. 1.

Місцеві опору 2.

Складання втрат напору 3.

Графоаналитические методи розрахунку трубопроводів 4.

Зміст 8.

ВАТ «ГАЗПРОМ».

Волгоградський коледж газу та нефти.

Реферат по гидравлике.

Виконав: студент грн. 02ЭГП-1С.

Ирушкин У. Ю.

Волгоград 2002.