Файл: Л.Л. Моисеев Механика жидкости и газа.pdf

8

Бернулли и уравнение постоянства расхода) и учитывают потери напора или давления (главным образом местные).

Следует отчетливо представлять физическую сущность коэффициентов сопротивления, сжатия струи, скорости и расхода, характеризующих истечение и связь между ними. Полезно составить таблицу значений этих коэффициентов для наиболее часто встречающихся в практике случаев истечения воды. Эта таблица дает наглядное представление о работе насадков и их влиянии на расход и скорость истечения. Вне квадратичной зоны коэффициенты истечения зависят от числа Рейнольдса

При рассмотрении истечения через насадок Вентури следует обратить внимание на предельное значение напора, выше которого насадок перестает работать, и уяснить, почему расход воды при истечении из насадка больше, чем из отверстия с той же площадью сечения в тонкой стенке.

При рассмотрении истечения под переменным уровнем (напором) целесообразно сравнить время, которое необходимо для вытекания одного и того же объема жидкости под переменным уровнем и при постоянном первоначальном уровне.

Следует обратить внимание на водосливы с тонкой стенкой (с острым порогом), которые используются для измерения расходов воды и других жидкостей.

Незатопленные и затопленные струи находят широкое применение

втехнике при устройстве фонтанов, в гидромеханизации, в вентиляции

ипр., в связи с чем нужно иметь представление об их основных характеристиках.

3.6. Движение жидкостей в трубах На сведениях, излагаемых в этом разделе, основывается гидравли-

ческий расчет трубопроводов различного назначения; водопроводных труб, воздуховодов, трубопроводов газоснабжения и др. Вначале следует рассмотреть движение в так называемых длинных трубопроводах, в которых основную роль играют потери давления на трение. Расчет длинных трубопроводов значительно облегчается введением обобщен-

9

ных гидравлических параметров (модуля расхода, удельного сопротивления и др.). Если трубопроводы работают в неквадратичной области турбулентного режима, то потери напора в них находят по формуле

ход. Здесь следует уделить основное внимание типовым задачам: определению напора или расхода или диаметра трубы. Особенности расчета различных видов трубопроводов нужно рассмотреть лишь в самых общих чертах, так как подробно методика их расчета изучается в специальных курсах (водоснабжение, отопление, газоснабжение и др.). Следует также уяснить причины возникновения гидравлического удара в трубопроводах и усвоить формулу Н.Е. Жуковского для определения величины повышения давления при ударе.

При расчете коротких трубопроводов важную роль играют не только потери напора на трение, но и местные потери напора. Для облегчения расчета коротких трубопроводов вводится понятие коэффициента расхода системы.

В процессе эксплуатации трубопроводов их сопротивление, как правило, возрастает в результате процессов коррозии и инкрустации, а пропускная способность соответственно снижается. Увеличение с течением времени шероховатости стенок трубопроводов можно найти по формуле

циент, характеризующий коррозионность воды; t – время эксплуатации трубопровода.

3.7. Относительное движение тела и жидкости Материалы этого раздела имеют важное значение при расчетах

пневматического и гидравлического транспорта, при определении ветровой нагрузки на здания и сооружения, а также в других практически важных случаях. Следует обратить внимание на аналогию, существующую между сопротивлением, возникающим при движении тела в не-

10

подвижной жидкости, и сопротивлением при обтекании неподвижного тела движущейся жидкостью.

После ознакомления с явлениями, возникающими при относительном движении тела и жидкости, с сопротивлением давления и сопротивлением трения, следует перейти к рассмотрению основных понятий, относящихся к движению неоднородных жидкостей (критическая скорость, гидравлическая крупность и др.) и к методам расчета напора при движении неоднородных жидкостей в трубах.

3.8. Движение жидкости в открытых руслах На сведениях, излагаемых в этом разделе, основывается гидравли-

ческий расчет каналов, канализационных и дренажных труб, городских лотков и кюветов.

Приступая к его изучению, следует иметь в виду основные особенности движения в открытых руслах по сравнению с движением в напорных трубах (наличие свободной поверхности, уклона дна, более сложная форма живого сечения и др). Программа курса предусматривает изучение установившегося равномерного движения воды в открытых руслах, основная формула при расчете которого – формула Шези. Этой формуле и входящему в нее коэффициенту Шези следует уделить особое внимание. Из многочисленных формул для определения коэффициента Шези наиболее распространена формула Павловского (она действительна только для квадратичной области сопротивления).

Более общий характер имеет формула

i – уклон дна русла, К э – эквивалентная шероховатость, мм. Эта формула действительна для всей области турбулентного движения.

3.9. Фильтрация Знание законов фильтрации необходимо при расчете движения

грунтовых вод, при расчете фильтрации воздуха через строительные ограждения и в других практически важных случаях.

11

Изучая этот раздел, прежде всего усвойте закон Дарси и пределы его действительности. Важно представлять, какие факторы оказывают влияние на коэффициент фильтрации и каким образом можно найти его величину в различных случаях.

Большое значение для расчета водоотлива имеют уравнения для определения дебита колодцев и водосборных галерей в разных условиях эксплуатации. Необходимо иметь представление о структуре этих уравнений и условиях их применения.

3.10. Основы гидромеханического моделирования. Метод анализа размерностей. Пи-теорема.

Метод ЭГДА (электрогидродинамических аналогий), предложенный Н.Н. Павловским, основан на аналогии между явлениями фильтрации и течением электрического тока и имеет широкое применение для гидравлических исследований. Необходимо иметь представление о сущности этого метода.

4. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ПО МЖГ

4.1. Общие сведения Письменно ответьте на шесть вопросов из приведенных в п. 4.2. Все

остальные проработайте устно. Решите шесть задач из приведенных в п. 4.3.

Номера вопросов и задач выбирать по указанию преподавателя.

4.2. Контрольные вопросы 1. Что изучает МЖГ?

2.Основные свойства капельных жидкостей?

3.Отличие капельных жидкостей от твердых тел и газов?

4.Удельный вес и плотность жидкости. Связь между ними.

5.Укажите размерность удельного веса в Международной системе единиц.

6.Что такое вязкость жидкости и что она характеризует?

7.Закон жидкостного трения Ньютона.

8.Динамический и кинематический коэффициент вязкости. Связь между ними.

9.Какими приборами определяется вязкость жидкости? Что такое условная вязкость?

12

10. Как изменяется кинематическая вязкость с изменением температуры?

11. Чем отличается реальная жидкость от идеальной?

12. Гидростатическое давление и его свойства.

13. Основное уравнение гидростатики.

14. Что такое пьезометрическая высота?

15. Закон Паскаля.

16. Сила давления жидкости на плоские поверхности. Центр давления. 17. Когда центр давления совпадает с центром тяжести смоченной по-

верхности стенки?

18. Сила давления жидкости на криволинейные стенки. Тело давления. 19. Закон Архимеда. Центр водоизмещения.

20. Элементы потока: расход, живое сечение, средняя скорость.

21. Неустановившееся и установившееся движение жидкости. Примеры.

22.Равномерное и неравномерное движение.

23.Гидравлический радиус. Смоченный периметр.

24.Уравнение Бернулли, его энергетический и геометрический смысл.

25.Удельная энергия и напор жидкости.

26.Пьезометрический и гидравлический уклоны.

27.Принцип работы водомера Вентури и водоструйного насоса.

28.Что такое гидравлический уклон? Когда он совпадает с пьезометрическим?

29.Отличие ламинарного движения от турбулентного? Критическое число Рейнольдса.

30.Когда наблюдается ламинарное движение жидкости?

31. Потери напора при ламинарном движении.

32.Турбулентное движение. Пульсация скорости и давления. Осредненная скорость.

33.Абсолютная и относительная шероховатость.

34.Виды гидравлических сопротивлений.

35.Потери напора по длине трубопровода. Формула Дарси-Вейсбаха.

36.Отчего зависит коэффициент гидравлического трения при турбулентном движении?

37.Напишите обобщенную формулу для коэффициента гидравлического трения.

38.Гидравлически гладкие и шероховатые трубы.

39.Что такое квадратичная область сопротивления?

40.Потери напора на местных сопротивлениях.