Файл: Гидравлика составитель доцент кафедры гигэ игнд тпу крамаренко В. В.ppt

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.11.2023

Просмотров: 57

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Н при заданных расходах в точках отбора Q2 и Q3, расположении трубопровода, длинах отдельных участков и диаметрах всех труб.
Решение этой задачи затруднено тем, что неизвестны ни расход, ни направление потока на замыкающем участке кольца между точками С и D. Если, например, течение происходит от точки С к точке D, то расход на участке 2 Q=Q2+Q3, а если течение происходит от точки D к точке С, то Q1=Q2–Q3.
В связи с этим при гидравлическом расчете кольцевой сети прежде всего намечают точку схода. Точкой схода называется узел кольцевой сети, к которому жидкость притекает с двух сторон. Эта точка характерна тем, что потери напора от магистральной узловой точки В до нее одинаковы по обоим полукольцам.
Пусть точкой схода будет точка D, тогда, мысленно размыкая кольцо в этой точке, получим трубопровод, имеющий простое разветвление в точке В, гидравлический расчет которого изложен выше.

Расчет сифона


Составим уравнение Бернулли для сечений 1–1 и 2–2, взяв за плоскость отсчета плоскость 0–0, совпадающую с 2–2:
H+pат/g+ v12/(2g)= 0+ pат/g + v22/(2g)+hw.
Пренебрегая скоростными напорами в резервуарах, получаем
H= hw= v2/2g*(1+ λ*l /d+ )
где v – скорость движения воды в сифоне; Σ λ – сумма коэффициентов сопротивлений по длине на восходящем, на горизонтальном и на нисходящем участках. Если диаметр на всех участках сифонной трубы один и тот же, то
    λ *l /d = λl/d,

    где l – длина сифонной трубы. Тогда получим уравнение
    H= v2/2g*(1+ λl/d+ ),
    где  – сумма коэффициентов местных сопротивлений

    =вх+вых+2пов.

    Полученное уравнение может быть решено относительно любого из трех неизвестных: Н, v (Q), d, т. е. сифонный трубопровод может быть рассчитан в любой постановке задачи.

Однако при расчете сифона надо дополнительно убедиться возникнет ли в трубе чрезмерный вакуум, так как глубокий вакуум· может вызвать вскипание жидкости, что нарушит работу сифона.·Составим уравнение Бернулли для сечений 1–1 и x-x относительно плоскости 0–0
H+pат/g + v12/(2g)= Н +z+px/g + v22/(2g)+hw .
Полагая v1=0, перепишем уравнение
(pат –px)/g = z +v2/(2g) +( λl/d+)*v2/(2g).
Величина в левой части уравнения представляет собой вакуум
hвак= (pат –px)/g, и
hвак= z +(1+ λl/d+)*v2/(2g),
где v – скорость движения воды в сифоне; z – высота в сечении
х–х над уровнем воды в резервуаре, l – части сифонной трубы от начала до сечения x–x сечения,  - сумма коэффициентов местных сопротивлений от начала трубы до сечения x–x. В нашем случае
 =вх+пов.
Из уравнения следует, что hвак будет тем больше, чем больше z, скорость v и потери напора.

Pасчет всасывающего трубопровода насоса


Pасчет всасывающего трубопровода насоса – участка трубопровода от места водозабора до насоса, ведется аналогично расчету сифона. Определяется вакуум во всасывающем трубопроводе перед входом в насос, для этого составляется уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, принимая плоскость сравнения 0-0 на уровне жидкости в резервуаре:
pат/g = z + p2/g + v2/(2g) +( λl/d+)*v2/(2g),
где z – высота установки насоса, называемая геометрической высотой всасывания.
Это уравнение показывает, что процесс всасывания, т.е. подъем жидкости на высоту z, сообщение ей скорости и преодоление всех гидравлических сопротивлений, происходит в результате использования, (с помощью насоса) атмосферного давления. Из формулы можно получить выражение для вакуумметрической высоты всасывания:
hвак= (pат –p2)/g= z + v2/(2g) +( λl/d+)*v2/(2g).
Из этой формулы видно, что для уменьшения вакуума на входе в насос необходимо уменьшать высоту установки насоса, скорость движения жидкости и гидравлические сопротивления.

Изменение пропускной способности трубопроводов в процессе их эксплуатации


При проектировании напорных трубопроводов следует учитывать, что их пропускная способность в период эксплуатации снижается – в некоторых случаях (например, для трубопрово­дов водоснабжения) до 50% расчетной и даже ниже. Вследствие коррозии и инкрустации (образование отложений в трубах) шероховатость труб увеличивается, что в первом приближении можно оценить по формуле
 = 0 + t,
где  – шероховатость, мм, для новых труб (в начале эксплуатации);  – абсолютная шероховатость, мм, через t лет эксплуатации; – коэффициент, характеризующий быстроту возрастания шероховатости, мм/год.
Значение коэффициента α зависит от материала труб и свойств жидкости. В табл. приведены значения α (по А.Д. Альштулю и А.Г. Камерштейну) в зависимости от физико-химических свойств транспортируемой воды.




Коррозионное воздействие


Характеристика природных вод


α , мм/год


Слабое


Слабоминерализованные воды, воды с незначительным содержанием органических веществ и растворенного железа


0,005-0,055


Умеренное


Слабоминерализованные воды, воды содержащие органические вещества и растворенное железо в количестве меньше 3 мг/л


0,055-0,18


Значительное


Воды с держанием железа более 30 мг/л, но с малым содержанием хлоридов и сульфатов


0,18-0,40


Сильное


Коррозионные воды с большим содержанием хлоридов и сульфатов (больше 500-700 мг/л), необработанные воды с большим содержанием органических веществ


0,40-0,60


Очень сильное


Воды со значительной карбонатной и малой постоянной жесткостью, сильно минерализованные


0,6-0,1 и более

Гидравлический удар


Изменение давления в водоводах, вызванное резким увеличением или уменьшением скорости движения жидкости, называется гидравлическим ударом. Гидравлический удар в 1898 г. подробно описал выдающийся русский ученый Η. Ε. Жуковский.
Ударное давление Δρ определяется разностью давлений при неустановившемся и установившемся режимах. Если давление Δρ>0 то удар называется положительным, при Δρ<0 то отрицательным.

Различают четыре этапа развития гидравлического удара. Первый этап. Допустим, что задвижка 3 мгновенно закрылась и слой жидкости, находящийся у задвижки остановился, а вся жидкость в трубе 2 продолжает двигаться с прежней скоростью v. Через некоторое время начнут останавливаться и другие слои жидкости слева от задвижки, т.е. фронт остановившейся жидкости будет перемещаться от задвижки к резервуару 1. Обозначим этот фронт сечением n–n. В остановившемся объеме между задвижкой сечением возникает дополнительное давление Δρ. Итак, слева от сечения n–n жидкость движется вправо со скоростью v и в трубе будет прежнее давление р; справа от сечения n–n; жидкость неподвижна и давление равно
p+Δp. Фронт сжатия быстро перемещается в сторону резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространение ударной волны c. Описанныйпроцесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не дойдет до резервуара. Этим заканчивается первый этап гидравлического удара, в конце этого этапа вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением p+Δp. Некоторый дополнительный объем жидкости из резервуара поступит в трубу.
Различают четыре этапа развития гидравлического удара. Первый этап. Допустим, что задвижка 3 мгновенно закрылась и слой жидкости, находящийся у задвижки остановился, а вся жидкость в трубе 2 продолжает двигаться с прежней скоростью v. Через некоторое время начнут останавливаться и другие слои жидкости слева от задвижки, т.е. фронт остановившейся жидкости будет перемещаться от задвижки к резервуару 1. Обозначим этот фронт сечением n–n. В остановившемся объеме между задвижкой сечением возникает дополнительное давление Δρ. Итак, слева от сечения n–n жидкость движется вправо со скоростью v и в трубе будет прежнее давление р; справа от сечения n–n; жидкость неподвижна и давление равно p+Δp. Фронт сжатия быстро перемещается в сторону резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространение ударной волны c. Описанныйпроцесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не дойдет до резервуара. Этим заканчивается первый этап гидравлического удара, в конце этого этапа вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением p+Δp. Некоторый дополнительный объем жидкости из резервуара поступит в трубу.
Второй этап. Начало второго этапа совпадает с окончанием первого. Сжатая жидкость расширяясь, начнет двигаться в сторону резервуара. Сначала придут в движение слои жидкости вблизи резервуара, а затем и болееотдаленные, т.е. фронт спада давления n–n начнет повышаться от резервуара к задвижке. К концу фазы вся жидкость в трубе движется со скоростью υ в сторону резервуара давление в трубе восстанавливается до первоначального.
Третий этап. Начало третьего этапа характеризуется тем, что жидкость в трубе движется в сторону резервуара со скоростью v. У задвижки возникает слой жидкости, в котором давление на Δр меньше первоначальною. Теперь фронт n-n пониженного давления перемешается в сторону резервуара слева от него давление р, скорость направлена влево, справа жидкость неподвижна, давление в ней на
Δρ ниже нормального, Третий этап заканчивается приходом фронта n–n к резервуару.
Четвертый этап. Начало четвертого этапа характеризуется тем, что давление у входа в трубу со стороны резервуара р, а со стороны трубы меньше на Δp, т.е. р–Δp . Такое неуравновешенное состояние приведет к тому, что жидкость из резервуара начнет втекать в трубу со скоростью v и в ней будет повышаться до р.


Рассмотрим слой жидкости от задвижки до сечения n-n длиной Δl и площадью поперечного сечения w. Остановившаяся масса жидкости (m) в этом объеме потеряла количество движения за время Δt, в течение которого фронт повышенного давления передвинулся от задвижки влево на расстояние Δl:
mv=w Δlv.
Импульс силы за тот же промежуток времени равен ΔpwΔt.
Справа от сечения n–nдавление p + Δp. слева от него – р.
Произведение Δρw есть сила, остановившая объем жидкости w Δl за время Δt. Приравняв импульс силы к количеству движения получим
ΔpwΔt=w Δlv.
Откуда
Δp= Δlv/Δt,
где v скорость в трубопроводе до закрытия задвижки и поскольку Δl/Δt – скорость распространения ударной волны c, запишем
Δp= сv.
Эта формула была впервые получена Η.Е. Жуковским.


В реальных условиях процесс гидравлического удара протекает несколько иначе, так как при 6ольших давлениях, сопровождающих гидравлический удар, сказывайся как сжимаемость жидкости, так и упругость стенок водовода. Для случая упругих стенок Η.Ε. Жуковским была получена также формула для определения скорости ударной волны.
c=
где – плотность жидкости; d внутренний диаметр трубы, d – толщина стенок трубы; – модуль упругости жидкости (кг/м2), Етр – модуль упругости материала стенок трубы.
Если труба абсолютно жесткая Етр∞, то с0=Eж/r, тогда скорость распространения ударной волны с0 при абсолютно жестких стенках трубопровода равна скорости распространения звука в воде (с0=1425 м/с) и для воды:
с=1425/
Формула справедлива для так называемого прямого удара, т.е. когда время закрытия задвижки меньше фазы удара (T=2L/c, где L – длина трубопровода от места его перекрытия до сечения в котором давление считается постоянным).
Если tз>T удар называют непрямым, и ударное повышение давления Δp будет меньше определяемого по формуле. При таких условиях повышение давления можно найти по формуле Мишо
Δp= сv(T/tз)=
При условии, что tз=T результаты расчетов по этим формулам одинаковы.

Источники:


Исаев А.П., Сергеев Б.И. Дидур В.А. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. М.: Агропромиздат, 1990. – 400 с.


Пашков Н.Н., Долгачев Ф.М. Гидравлика. Основы Гидрологии.- М.: Энергоатомиздат, 1993. –448с.: ил.


Калицун В.Н. Гидравлика, водоснабжение, канализация. – М.: Стройиздат, 2000. – 397 с.


Штеренлихт. Гидравлика: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 2004. –640с.