Презентация. Лекция 9 1 Ламинарный режим движения жидкости это
 Скачать 1.08 Mb.
|
Движение жидкости в трубах. Гидравлические сопротивления. Определение потерь напора на трение. Местные сопротивленияЛекция 91 Ламинарный режим движения жидкости это1. режим, при котором частицы жидкости перемещаются бессистемно только у стенок трубопровода; 2. режим, при котором частицы жидкости в трубопроводе перемещаются бессистемно; 3. режим, при котором жидкость движется послойно; 4. режим, при котором частицы жидкости двигаются послойно только у стенок трубопровода.2 Скорость движения жидкости максимальна при ламинарном режиме1. у стенок трубопровода;2. в центре трубопровода; 3. может быть максимальна в любом месте; 4. в начале трубопровода. 3 Число Рейнольдса1. Re=υd/μ 2. Re=υd/v 3. Re=vd/υ 4. Re=vl/υ 4 Средняя скорость жидкости в трубе круглого сечения с гидравлическим радиусом 0,5 м при расходе 2 м3/с составляет __________ м/с 1. 0,636 2. 6,36 3. 0,0636 4. 0,318 5 Критическое значение числа Рейнольдса равно1. 5802.2300; 2. 3200; 3. 4000; 4. 4600. ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИМестная мгновенная скорость u - скорость в данный момент времени в данной точке турбулентного потока Местная осредненная скорость - средняя по времени скорость в данной точке ОСРЕДНЕННАЯ СКОРОСТЬТ — отрезок времени, на котором проводится осреднение. ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕКвазиустановившееся - движение потока со осредненной скоростью Пульсация, м/с - разность между мгновенной и осредненной скоростью в точке ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕКасательное напряжение обусловлено турбулентным перемешиванием (инерционные силы) и сцеплением (силы внутреннего трения), Па Если ось ox направить вдоль движения, то – турбулентная вязкость, Па с μ – динамическая вязкость, Па с. ТУРБУЛЕНТНОЕ ДВИЖЕНИЕПри больших числах Рейнольдса вязкостные силы незначительны по сравнению с инерционными При меньшей степени турбулентности величина динамической вязкости соизмерима с турбулентной вязкостью и при определении потерь напора необходимо учитывать как вязкостные, так и инерционные силы СТРУКТУРА ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА В ТРУБЕВ вязком подслоенапряжения вязкостного трения значительно больше напряжений, возникающих под действием сил инерции. В турбулентном ядрекасательные напряжения от турбулентного перемешивания во много раз больше напряжений вязкостного трения.Для вязкого подслоя делается допущение, что в его пределах касательные напряжения τ0= const– динамическая скорость, м/с; у — расстояние точки от стенки трубы, м; γ – кинематическая вязкость, м2/с Для турбулентного ядра продольные и поперечные пульсации пропорциональны расстоянию от стенки и градиенту осредненной скоростиχ=0,4 – постоянная Никурадзе;РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОСРЕДНЕННЫХСКОРОСТЕЙ ПО СЕЧЕНИЮПри ламинарном движении - параболический закон изменения местных скоростей по сечению. При турбулентном движении - логарифмический закон. Отношение максимальной осредненной скорости к средней по сечениюдля турбулентного движения 1,15—1,3, для ламинарного движения 2.ВЯЗКИЙ ПОДСЛОЙ, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ШЕРОХОВАТОСТЬδ - толщина вязкого подслоя, мd – диаметр, мRe – число Рейнольдсаλ – коэффициент ДарсиЭквивалентная шероховатость Δэквтакая равномерная шероховатость, которая дает при подсчете одинаковую с заданной шероховатостью величину гидравлического коэффициента трения λ.
Значения эквивалентной шероховатости ЗОНА ГИДРАВЛИЧЕСКИ ГЛАДКИХ ТРУБΔэкв < δ < 10 Шероховатость не влияет на гидравлические сопротивления и гидравлический коэффициент трения, который зависит только от числа Рейнольдса. Формула Блазиуса С учетом зависимостей и , потери напора пропорциональны скорости в степени 1,75.kгл– коэффициент пропорциональностиПЕРЕХОДНАЯ ЗОНАΔэкв = δ 10 < <500 На гидравлическое сопротивление влияют как число Рейнольдса, так и величина выступов шероховатости Формула Альтшуля ЗОНА ШЕРОХОВАТОГО ТРЕНИЯΔэкв>δ >500Формула ШифринсонаПотери напора пропорциональны квадрату скорости ГРАФИК НИКУРАДЗЕГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯПри ламинарном режиме λ зависит только от числа Рейнольдса. При значениях Re = 2320-4000 в зоне периодической смены режимов λ быстро растет. В области гидравлически гладких труб λ зависит только от числа Рейнольдса, уменьшаясь с увеличением последнего. В переходной области области значения λ в общем возрастают с ростом числа Рейнольдса Rе, но для малых шероховатостей на начальном участке имеет место спад. В области гидравлически шероховатых труб коэффициент λ представлен семейством горизонтальных прямых, разных для различных шероховатостей. Гидравлический коэффициент тренияАсбестоцементные трубы обычно работают в переходной области сопротивления. Неновые стальные и чугунные трубы при скоростях движения воды V<1,2 м/с работают в переходной области сопротивления, а при V>1,2 м/с — в области гидравлически шероховатых труб. Ф. А. Шевелевым составлены таблицы по определению потерь напора в водопроводных трубах на основании эмпирических формул Для расчета движения сточных вод в водоотводных (канализационных) напорных и безнапорных трубах применяется формула Н. Ф. Федорова. Для расчета потерь в канализационных трубах также имеются таблицы Лукиных.
МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯрезкое изменение конфигурации живого сечения потока, течение с изменением скорости, поперечная циркуляция на изгибе потока, соединение и разделение потоков Местные сопротивления делятся напростые и сложныеПРОСТЫЕ МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯПРОСТЫЕ МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯПри обтекании углов или элементов арматуры за ними возникают водоворотные зоны, на поддержание течений, в которых расходуется напор (энергия) Между транзитным потоком и водоворотными зонами возникают поверхности раздела Одни массы жидкости в водоворотных зонах заменяются другими, но в целом это явление является установившимся Течение отрывное диффузордиффузорПротиводавление затрудняет поступательное движение жидкости, особенно у стенок, где скорости имеют небольшие значения. При углах расширения β>8-10° частицы у стенок могут остановиться и даже начать двигаться назад, что приводит к отрыву основного потока от стенки и образованию водоворотных зон. Во избежание больших потерь напора рекомендуется выполнять расширения трубы с углом β< 8°. КОНФУЗОРКОНФУЗОРРазность давлений способствует движению. Потери напора на конфузорах меньше потерь на диффузорах Происходит переформирования скоростной структуры потока при сужении, а также обтекании угла при выходе из конфузора отводотводВозникают центробежные силы, которые увеличивают давление у вогнутой стенки и уменьшают у выпуклой.Поперечная циркуляция – вращательно-поступательное движение от области большего давления к области меньшего давления.СОЕДИНЕНИЕ ДВУХ ПОТОКОВСОЕДИНЕНИЕ ДВУХ ПОТОКОВВозникает поверхность раздела из-за разных скоростей частиц жидкости по обе стороны от нее Потери энергии обусловливаются ее затратами на переформирование кинематической структуры потока ПОТЕРИ НАПОРА НА ВНЕЗАПНОЕ РАСШИРЕНИЕФормула Борда ФОРМУЛА ВЕЙСБАХА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТНЫХ ПОТЕРЬ НАПОРА, м, где ξ — коэффициент местных сопротивлений, определяемый, как правило, опытным путем υ – скорость, м/с. Скоростной напор вычисляется, если нет особой оговорки, по скорости за сопротивлением. Каждое местное сопротивление деформирует поток, увеличивает пульсацию и приводит к перераспределению осредненных скоростей по сечению. Коэффициент кинетической энергии α непосредственно за сопротивлением больше, чем при равномерном движении В связи с разностью коэффициентов кинетической энергии в начале и конце участка стабилизации их следует включать в величину местных потерь. Коэффициент сопротивления при внезапном расширенииПотери на выходе из трубы в резервуар под уровень могут бытьопределены из предположения, что размеры резервуаразначительно больше диаметра трубы. Тогда, считая в формулеV2 = 0, получимКоэффициент сопротивления при внезапном сужении поформуле ИдельчикаВход из резервуара в трубу как резкое сужение от оченьбольшого диаметра к очень малому (d2 получим, что ξвх = 0,5.ЛАМИНАРНЫЙ РЕЖИМПри малых числах Рейнольдсаξкв— коэффициент рассматриваемого местного сопротивления для квадратичного режима; В — коэффициент, определяемый для разных местных сопротивлений СЛОЖНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯПринцип наложения потерь: при наличии в трубопроводе нескольких местных сопротивлений потери напора на них складываются Расстояние, на котором сказывается взаимное влияние местных сопротивлений, определяется по формуле А. Д. Альтшуля При расстояниях между сопротивлениями l< lвл потери напора на первом сопротивлении еще не полностью проявляются, а потери на втором сопротивлении уже начинают сказываться. Общие потери напора на двух сопротивлениях меньше суммы потерь на этих двух сопротивлениях
Простым трубопроводом называется трубопровод постоянного диаметра без ответвлений (диаметр и расход – постоянные величины). Гидравлический расчет простых трубопроводов сводится к расчету одной из трех задач.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ1) уравнение Бернулли 2) уравнение неразрывности 3) потери напора между начальным и конечным сечениями 4) потери на трение по формуле Дарси-Вейсбаха если Re <2320, то , 2320 < Re < , то < Re < , то < Re , то 5) местные сопротивления по формуле Дарси РАСЧЕТ КОРОТКИХ ТРУБОПРОВОДОВВ коротких трубопроводах местные потери соизмеримы с потерями по длине, и в расчете необходимо учитывать оба вида потерь напора. СХЕМА ВСАСЫВАЮЩЕЙ ЛИНИИ НАСОСАРАСЧЕТ ВСАСЫВАЮЩЕЙ ЛИНИИ НАСОСАПринимаем расчетные сечения на поверхности воды в резервуаре 1-1, перед входом в насос 2-2. На поверхности воды в резервуаре давление равно атмосферному p1=pа, z1=0 и υ1=0, z2=hвс Вакуумметрическая высота Высота всасывания насоса РАСЧЕТ ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВОтличием длинных трубопроводов от коротких является незначительность потерь напора на местное сопротивление по сравнению с потерями по длине Местные сопротивления учитываются введением коэффициента, потери на местные сопротивления hм=(5-10)% hl. Значением скоростного напора ввиду его малости по сравнению с пьезометрическими напорами, также можно пренебречь. РАСЧЕТ ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВПри решении практических задач обычно заданной или искомой величиной является расход воды, при этом – удельное сопротивление трубы, котороезависит от диаметра и коэффициента гидравлического трения λГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЛОЖНЫХ ТРУБОПРОВОДОВК сложным трубопроводам относятся трубопроводы с переменным диаметром или расходом. Сложные трубопроводы: последовательно соединенные; параллельно соединенные; разветвленные. СЛОЖНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫЙ ТРУБОПРОВОДПоследовательно соединенным называется трубопровод, состоящий из труб разного диаметра соединенных в одну нитку hн-к=h1 +h2+h3Q = constПараллельно соединенный – трубопровод, имеющий две общие точкиQ=Q1+Q2+ Q3hн-к=constХарактеристикой трубопровода называется зависимость потерь напора от расхода. Потребным напором называется напор в начале сечения трубопровода, необходимый для перемещения жидкости от начального до конечного сечения – остаточный свободный напор – приведенный геометрический напор ХАРАКТЕРИСТИКА ТРУБОПРОВОДАПри последовательном соединении Q = const; h = h1 + h2 При параллельном соединении h = const; Q = Q1 + Q2 Тест1 Если длина трубопровода 200 м, расход 0,1 м3/с, диаметр 0,25, коэффициент гидравлического трения 0,06, потери по длине 1 10,18 2 0,61 3 1,02, 4 5,09 2 Что является основной причиной потери напора в местных гидравлических сопротивлениях 1 наличие вихреобразований в местах изменения конфигурации потока; 2 трение жидкости о внутренние острые кромки трубопровода; 3 изменение направления и скорости движения жидкости; 4 шероховатость стенок трубопровода и вязкость жидкости 3 При подаче жидкости по параллельно соединенным трубопроводам 1, 2 и 3 общая потеря напора в них 1 Σh1 = Σh2 = Σh3; 2 Σh1 > Σh2 > Σh3; 3 Σh = Σh1 – Σh2 – Σh3; 4 Σh = Σh1 + Σh2 + Σh3 4 Что такое характеристика трубопровода? 1 зависимость давления на конце трубопровода от расхода жидкости; 2 зависимость потерь напора от давления; 3 зависимость потерь напора от расхода; 4 зависимость сопротивления трубопровода от его длины |