готовые шпоры по гидравлике и гидроприводу. 1. Силы действующие в жидкости. Основные свойства жидкости. Все силы действующие на частицы делят на 2 группы внешние
 Скачать 150.89 Kb.
|
|
1.Силы действующие в жидкости. Основные свойства жидкости. Все силы действующие на частицы делят на 2 группы:внешние(силы приложенные к частицам рассматриваемые объёмам со стороны других тел), внутренние(силы упругости),силы взаимодействия между частицами жидкости.Внешние:массовые(величина которых пропорциональна массе жидкости ,действует на все частицы),поверхносная(силы рассматривают объем жидкости)к ним относятся:собственный вес жидкости и силы инерции; поверхностные-величина которых пропорциональна поверхности(сила обсолютного давления действующая на свободные поверхности и силы инерции). Виды давлений: обсолютное-давление отсчитываемое от полного вакуума(отмасферное давление), относительное давление-давление по отношению к другим видам давления.Если давление больше отмосферног о то оно избыточноеРизб=Рабс-Ротм Если давление меньше отмосферного то оно вакуумаметрическоеРв=Ратм-Робсл 2.Вывод основного уравнения гидростатики. Р=F/SF=P*S F-F0-G=0 PdS-P0dS-Rgh*dS=0  P-Po=Rgh=0 P=P0+Rgh Z+(P/Rg)=Z0+(p0/Rg)=const=Hст Z- геометрический напор P/Rg-пьезометрический напор Z+(P/Rg)-гидростатический напор 3. Относительное равновесие (Относительный покой жидкости). Относительным покоем жидкости называется такое ее состояние, при котором каждая ее частица сохраняет свое положение относительно твердой стенки движущегося резервуара, в котором находится жидкость.  При относительном покое рассматриваются две задачи: определяется форма поверхности уровня или равного давления и выясняется характер распределения давления. В данном случае необходимо учитывать силы инерции, дополняющих систему массовых сил, действующих в покоящейся жидкости. Рассмотрим случай, когда сосуд с жидкостью вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью. Для определения формы свободной поверхности и закона распределения давления выберем вблизи свободной поверхности частицу жидкости массой dm. На эту частицу действует массовая сила dF, направленная по нормали к поверхности. Разложим эту силу на две составляющие: горизонтальную  и вертикальную  .Разделив действующие силы на dm, получим дифференциальное уравнение поверхности уровня  или  .
4. Результатирующая сила и центр давления жидкости на плоскую поверхность.   где  - гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости в резервуаре;  - глубина погружения центра тяжести смоченной части плоской поверхности; S-площадь смоченной части плоской поверхности; - гидростатическое давление в центре тяжести поверхности. Таким образом, полная сила давления на плоскую стенку равна произведению площади этой стенки на величину гидростатичес- кого давления в ее центре тяжести.   Сила  представляет собой силу поверхностного давления . Поскольку давление распределено равномерно по всей площади смоченной части поверхности, его равнодействующая приложена в центре тяжести этой поверхности.Сила  обусловлена давлением самой жидкости. Сила  приложена в центре давления Д, координату которого определяют по формуле Для прямоугольника  (b-ширина, h-высота фигуры), для круга диаметром d  5. Результирующая сила и центр давления жидкости на криволинейную поверхность. Сила давления жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность складывается из горизонтальной  и вертикальной  составляющих.Горизонтальная составляющая равна силе давления жидкости на вертикальную проекцию данной стенки   где - расстояние от свободной поверхности жидкости до центра тяжести ее вертикальной проекции;  -площадь вертикальной проекции.Вертикальная составляющая равна весу жидкости в объеме тела давления  , т.е..  Объем тела давления - объем, заключенный между данной стенкой, свободной поверхностью жидкости и вертикальными плоскостями, проходящими по контуру стенки. 6. Закон Архимеда и остойчивасть плавающих тел. На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равна весу жидкости, вытесненной телом – закон Архимеда, открытый в 250 г. До н.э.  Закон Архимеда справедлив для тел любой формы, так как тело любой, отличающейся от призматической и более сложной формы, можно представить состоящим из бесконечного множества элементарных вертикальных призм. Способность плавающего тела возвращаться к первоначальному положению после исчезновения силы, вызвавшей его боковой наклон или , как говорят, крен, называется – остойчивостью. Для остойчивого положения необходимо, чтобы момент сил F и G, противодействовал крену, т.е. линия действия веса должна проходить левее действия силы подъема. 7. Кинематические параметры элементарной струйки и потока жидкости. Параметры:
8. Уравнения Бернули для элементарной струйки. Физический смысл уравнения Бернули состоит в том, что при установившемся движении жидкости сумма 3-х удельных энергий остается неизменной. Каждый член уравнения Бернули имеет размерность длины. Сумма 3-х высот – гидростатический напор.   9. Уравнение Бернули для потока реальной (вязкой) жидкости. При движении реальной жидкости часть энергии затрачивается для преодоления силы трения на пути от 1-го сечения до 2-го. Этаэнергияобращается в тепло и рассеивается.  Оно устанавливает мат. Связь между основным элементарным движением жидкости; показывает, за счет преобразования 1 вида энергия в др. наблюдается при повышении скорости и понижении давления. 10. Теорема об изменении количества движения жидкости и ее применение. Основной задачей гидродинамики является изучение законов движения жидкости. Движение жидкости может быть установившимся и неустановившимся. При установившемся движении жидкости скорость и давление во всех ее точках не изменяется с течением времени . При неустановившемся движении скорость и давление жидкости изменяются во времени. При движении частиц жидкости различают линию тока, элементарную струйку, живое сечение. Линией тока называется линия, касательная к каждой точке которой в данный момент времени совпадает с вектором скорости
Бесконечно малый объем, ограниченный линиями тока, называется элементарной струйкой. Предполагается, что поток движущейся жидкости состоит из отдельных элементарных струек. Живое сечение потока - это поверхность в пределах потока жидкости , перпендикулярная в каждой своей точке к вектору соответствующей местной скорости в этой точке. Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое сечение в единицу времени. В гидравлике применяют объемный расход Q,   : При установившемся движении расход через все живые сечения потока одинаков:  Выражение - называется уравнением расхода или уравнением неразрывности потока. 11. Режимы течения жидкости в трубах. Ламинарный-это режим спокойного упорядоченного движ. жид.без перемешивания частиц и без пульсации скоростей и давления. Турбулентный-это режим не упорядоченного, вихреобразного движ. с перемешиванием частиц и пульсацией скорости и давления. Число РейнольдсаRe=V*d/ʋ ʋ -кин.вяз.жидк. Re˂Rekp ламинарный режим Re˃RekpТурб.режим 12.Виды движения жидкости. Установившимся стационарным движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р не изменяются с течением времени, т.е. зависят только от координат точки. Различают (равномерные и не равномерные) Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р – постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени  13.Опр.потерь напора при лам. Движ. жидкости в круглой колбе При лам. движ.жидкости в круглом трубе скор.в сечении распредел. по пораболе. Скорость у стенок трубы равна 0 и плавно увелич.достигаетмах.на оси потока. 14.Опр. потери напора в круглой колбе при турб.движен.жидкости При турбул.режиме закон распределения скоростей по живому сечению более сложно. В большей части сечения скор.близка к средней и резка падает в тонком слое у стенок доходя до 0. График распределения скорости по сечени. Близок к трапеции. Такое распределение скор.вызыв.турбулен.перемешиванием в резуль. Поперечного перемещения частиц 15.Потеря энергии в местных гидравлических сопротивлениях. Они связаны с измен.направления или величины скорост.в том или ином сечении потока. К местным относятся сопрот.имеющее место при сужении расширений или поворота трубы а также вентелев,задвижек,кранах,приемных и обр.клапанах и др.арматуре. 16. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре. Этот случай движения жидкости характерен тем что в процессе истечения запас потенциальной энергии которой обладает жидкость в резервуаре превращается с большими или меньшими потерями кинематич. энергию свободной струи. Степень сжатия струи оценивается коэф..  Как показывают опыты-скорость в ядре струи практически равна идеальной. Поэтому введенный коэф. cкорости следует рассматривать как коэфициент средней скорости Если истечение происходит в атмосферу то давление по всему сечению равно атмосферному Q=  -формула расхода17. Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре. Насадкой называется короткий патрубок присоединенный к отверстию в стенке сосуда к концу трубопровода или гибкого шланга, а так же устроенных в теле сооружения при толщине стенки от 2-х до 6 диаметров 18. Истечение жидкости через отверстия и насадки при переменном напоре (определение времени опорожнения резервуара). ВНЕШНЯЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ НАСАДКА. Так же как и при выходе из отверстия струя жидкоости на начальном участкенасадкасжимается.Затем она начинает расширяться и заполняет на выходе все сечения насадки.На начальном его участке насадка в пространстве между его стенкой и струей образуется водоворотная зона с повышенным давлением. Возникновение вакуума в водовротной зоне можно проследитиь опытным путем,присоединить к насадке тонкую трубку с водой. Вода поднимается в этой трубке на высоту в соответственом течении вакуума в сжатом сечении. Вакуум в водоворотной зоне способствует увеличению расхода. ВНУТРИЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ НАСАДКИ. По характеру протекания жидкости внутренних цилиндрических посадок похож на внешний насадок. Отличие между ними состоит лишь условии входа жидкости в насадок. В нем наблюдается большее сжатие струи и больший вакуум. Но из-за больших сопротивлений и потерь напора при входе скорость и расход внутреннего цилиндрического насадка оказывается при прочих равных условиях меньше чем у внешнего насадка. Конический расходящийся. Потери напора в конически расходящемся насадке больше чем у цилиндрического насадка поэтому выходная скорость струи меньше. Учитыва, что при равных площадях сечений конически расходящегося, и цилиндрического насадок,конически расходящейся насадок имеет значительно большую площадь сечения при выходе. Расход у расходящегося насадка будет больше чем цилиндрического. Конически расходящиеся насадки применяются тогда когда требуется иметь большую пропускную способность при сравнительно малых выходных скоростях. Конически сходящиеся. Потери напора в этогм насадке меньше чем в цилиндре а выходная скорость значительно большая. Наиболее эффективными считаются сходящиеся насадки. Также при этом значин. Обеспеч. Наиб. Скор. Истечения. Коноидальная насадка. Форма этой насадки выполнена по очертанию струи вытекающей из отверстия. Благодаря плавному сопряжению отверстия с выходной цилиндрической частью насадка и отверстия расматр. в пределах конойдальной насадка и потери напора сведена в нём до минимума. 19. Гидравлический расчет простого короткого трубопровода при известных геометрических параметрах и расходе. (Задача 1-го типа). ЗАДАЧА 1 ТИПА. Определить при какой разности ур-я Н в водохранилище и приемном колодце по трубопроводу диаметром d=75 мм и длинной  будет поступать расход Q=6л/с. При полностью открытой задвижке если температура воды t=10 РЕШЕНИЕ.         20. Определить пропускную способность (расход) простого короткого трубопровода по известным геометрическим параметрам и напору в его начале. (Задача 2-го типа). ЗАДАЧА 2ТИПА Вода при температуре 20  течет из открытого резервуара при напоре Н=3 м по стальному бесшовному трубопроводу диаметром d=50 мм и длиной l=40 м в атмосферу. Задвижка установленная на трубопроводе открыта на 75%. Определить расход воды в трубопроводе. РЕШЕНИЕ.           21. Определить диаметр простого короткого трубопровода по известным значениям напора, расхода, длины. (Задача 3-го типа). Аналогично, как и для предыдущих типов задач, записывается уравнение Бернулли и приводится к расчетному виду, которое в явном виде не имеет решения относительно диаметра трубопровода. Поэтому оно может решаться или способом подбора, или графоаналитическим. Способ подбора решения этой задачи заключается в следующем. Задаются диаметром трубопровода, соизмеряя его размер с величиной расхода, после чего, как и для задач первого типа, рассчитывается напор Н или давление р. Если эта величина окажется больше расчетной, то диаметр трубопровода необходимо увеличить, а в противном случае – уменьшить. Расчет проводится до тех пор, пока полученный напор Н (давление р ) будет равен расчетному или отношение не превысит заданной величины. Как правило, размер полученного диаметра трубопровода отличается от стандартного. Поэтому в зависимости от условий его применения за расчетный принимается ближайший больший или меньший стандартный диаметр (табл.6 приложения) трубы. Однако такое решение задачи полностью не удовлетворяет поставленным требованиям: для первого случая, когда принимается избыток напора или давления, а во втором случае, наоборот, недостаток, т.е. при расчетном Н, или р, по трубопроводу не обеспечивается подача расчетного расхода. Следовательно, для полного использования расчетного Н, или р, и достижения минимальной массы трубопровода следует выполнять его из большего и меньшего, ближайших к расчетному, стандартных диаметров. 22. Гидравлический расчет простого длинного трубопровода. В длинных трубопроводах доля местных потерь напора очень мала (до 10% от потерь по длине). Поэтому главным в расчетах является правильно определить потери напора по длине трубопровода. Для этой цели в общем случае применяется формула Дарси-Вейсбаха . Потери напора на местных сопротивлениях учитываются вве¬дением в эту формулу коэффициента к = 1,0…1,1. Важное значение с точки зрения экономики имеет выбор материала и диаметра труб. Оптимальное решение получают при совместном решении задач гидравлики и экономики. Экономически выгодный диаметр напорного трубопровода в зави¬симости от заданного расхода можно определить по следующей эмпи¬рической формуле: dэ=kэ*Qм гас kэ - коэффициент, учитывающий гидравлические свойства труб, экономические факторы, влияющие на стоимость строительства и эксплуатации трубопровода м - показатель степени По принятому диаметру d вычисляется средняя скорость движения воды в трубопроводе. Зная расход трубопровода и задавшись скоростью, можно вычислить диаметр трубопровода: dp=  23. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. При последовательном соединении простых трубопроводов разной длины и с различными диаметрами стык в стык, трубопровод представляет собой простой трубопровод, который можно разделить на несколько участков.Расчет такого трубопровода не представляет труда 
При параллельном соединении пьезометрический напор в узловых точках А и В одинаков для всех участков. Расход Q основного трубопровода до деления и после объединения труб один и тот же. Задача расчета состоит в том, чтобы определить расходы в отдельных ветвях системы  и также потери напора  между точкамиА и В. Общий расход, диаметры и длины труб предполагаются известными.Потери напора в любой трубе ответвления одинаковы, так как в обеих общих точках разветвления имеется один и тот же напор  и  , т.е. , ,  ,  .Отсюда
т.е. расходы на участках распределяются обратно пропорционально корню квадратному из их сопротивлений. Кроме того  . Совместное решение этих уравнений дает возможность найти расходы на участках при заданных их размерах и общем расходе.24. Гидравлический удар в трубопроводе. Способы защиты трубопровода от гидроудара. Гидравлический удар (гидроудар) в трубопроводе – это мгновенный скачок давления воды в водонапорных трубах, связанный с резким изменением скорости движения потока воды. В зависимостиотнаправленияскачкадавлениягидроударразделяютна:
ПРИЧИНА ГИДРОУДАРА В автономной системе водоснабжения загородного дома, когда давление в водопроводе создаётся, например, скважинным насосом, гидроудар возникает при резком прекращении потребления воды, когда перекрывается кран. Поток воды, который двигался к трубопроводе, не может мгновенно остановиться и по инерции «ударяется» в образовавшийся при закрытии крана водопроводный «тупик». Реле давление в этом случае не спасает от гидроудара, а только реагирует на него, отключая насос уже после того, как кран перекрыт и давление превысило максимальное значение. Выключение насоса тоже не происходит мгновенно, так же как и остановка потока воды в трубопроводе. ЗАЩИТА ОТ ГИДРОУДАРА Сила гидроудара зависит от скорости потока воды в трубе до и после перекрытия трубы: чем выше скорость потока, тем сильнее будет удар при его резкой остановке. В свою очередь сама скорость потока зависит от диаметра трубопровода: чем больше диаметр трубы, тем ниже скорость потока воды в ней при одинаковом расходе воды. Таким образом, использование труб большего диаметра ослабляет гидроудар.Второй способ ослабить силу гидравлического удара – это увеличить время перекрытия трубопровода (или включения насоса). 25. Определение силы давления струи на преграду и ее реакции. В основу вывода динамических свойств струи положена теорема о количестве движения Используя теорему о количестве движения, можно записать   где Rdt – импульс силы, реакция стенки. Реакция R равна силе удара струи, то есть можно написать – R = F. Если a1= a2 = 90°, то уравнение можно записать m u = F dt, где m = g/g w u2. С учетом значения m из уравнения получим выражение для определения силы удара струи о преграду F = g/g Q u = g/g w u2. Разделив уравнение на w, полученную величину F/w можно представить как динамическое давление на единицу площади струи. Это давление равно удвоенному скоростному напору. Статическое давление струи Рст= r g w H, где Н – напор над центром тяжести отверстия, из которого истекает струя. Динамическое давление струи Рдин= g/g w u2 = g/g w 2 g H =2 g w H, т.е. динамическое давление в 2 раза больше статического |
.
, 
, 
,