Шпаргалка по курсу "Гидравлика"

31. Местные потери напора.

Несмотря на многообразие видов  местных гидравлических сопротивлений, их всё же можно при желании  сгруппировать:

потери напора в руслах при изменении  размеров живого сечения, потери напора на местных гидравлических сопротивлениях, связанных с изменением направления движения жидкости, потери напора при обтекании преград.

Внезапное расширение русла. Внезапное расширение русла чаще всего наблюдается на стыке участков трубопроводов, когда один трубопровод сочленяется с магистральным трубопроводом большего диаметра. Величина коэффициента потерь напора в данном случае определяется с достаточной точностью на теоретическом уровне. Поток жидкости движущейся в трубопроводе меньшего диаметра d, попадая в трубу

большего диаметра, касается стенок нового участка трубопровода не сразу, а лишь в сечении 2-2'. На участке между сечениями 1 - Г и 2-2' образуется зона, в которой жидкость практически не участвует в движении по трубам, образуя локальный вихревой поток, где претерпевает деформацию. По этой причине часть кинетической энергии движущейся жидкости тратиться на поддержание «паразитного» сращения и деформации жидкости. Величины средних скоростей жидкости в сечениях можно определить из условия неразрывности.

Тогда величина потерь напора при  внезапном расширении русла определится:

Таким образом, можно сказать, что  потеря напора при внезапном расширении потока равна скоростному напору, соответствующему потерянной скорости.

Плавное расширение русла (диффузор). Плавное расширение русла называется диффузором. Течение жидкости в диффузоре имеет сложный характер. Поскольку живое сечение потока постепенно увеличивается, то, соответственно, снижается скорость движения жидкости и увеличивается давление. Поскольку, в этом случае, в слоях жидкости у стенок

диффузора кинетическая энергия минимальна (мала скорость), то возможна остановка  жидкости и интенсивное вихреобразование. По этой причине потери энергии напора в диффузоре будут зависеть от потерь напора на трение и за счёт потерь при расширении:

 

где:    - площадь живого сечения на входе в диффузор,

S₂ - площадь живого сечения на выходе из диффузора, а - угол конусности диффузора,

- поправочный коэффициент, зависящий  от условий расширения потока в диффузоре.

Внезапное сужение  канала. При внезапном сужении канала поток жидкости отрывается от стенок входного участка и лишь затем (в сечении 2 - 2)касается стенок канала меньшего размера. В этой области потока — * образуются две зоны интенсивного вихре-образования (как в широком участке трубы, так и в узком), в результате чего, как и в предыдущем случае, потери напора скла дываются из двух составляющих (потерь на трение и при сужении). Коэффициентпотерь напора при гидравлическом сопротивлении внезапного сужения потока можно определить по эмпирической зависимости, предложенной И.Е. Идельчиком:

или взять по таблице:

Плавноесужение канала. Плавное сужение канала достигается с помощью конического участка называемого конфузором. Потери напора в конфузоре образуются практически за счёт трения, т.к. вихреобразование в конфузоре практически отсутствует. Коэффициент потерь напора в конфузоре можно определить по формуле:

*

При большом угле конусности а >50° коэффициент потерь напора можно определять по формуле с внесением поправочного коэффициента.

Нормальный вход в  трубу. Из резервуаров, где хранятся жидкости вход в выкидной трубопровод осуществляется в так называемом нормальном исполнении, т.е. когда осевая линия патрубка трубопровода располагается по нормали к боковой стенку резервуара. Этот вид гидравлических сопротивлений также можно отнести к сопротивлениям связанным с изменением размеров русла,  просто здесь размеры нового русла бесконечно малы по сравнению с размерами исходного русла с сечением резервуара. В этом случае внутри выкидного патрубка вытекающая из резервуара жидкость заполняет всё сечение трубы не сразу, а лишь на некотором расстоянии от входа. В этой области в застойной зоне часть жидкости совершает вращательное движение и созданный таким образом вихрь порождает дополнительные г

 гидравлические сопротивления.  Коэффициент потерь напора при этом приблизительно составляет половину скоростного напора:

Выход из трубы в  покоящуюся жидкость. Это обычный элемент стыковки напорной части трубопровода с резервуаром. Входной патрубок трубопровода располагается нормально к боковой стенке резервуара. Этот вид гидравлических сопротивлений также можно рассматривать как разновидность внезапного расширения потока жидкости до бесконечно большого сечения. Величина коэффициента потерь напора, в большинстве случаев, принимается равной одному скоростному напору.

Внезапный поворот  канала. Под таким гидравлическим сопротивлением будем понимать место соединения

 

трубопроводов одинакового диаметра, при котором осевые линии трубопроводов не совпадают, т.е. составляют между собой некоторый угол а Этот угол называется углом поворота русла, т.к. здесь изменяется направление движения жидкости. Физические основы процесса преобразования кинетической энергии при повороте потока достаточно сложны и следует рассмотреть лишь результат этих процессов. Так при прохождении участка внезапного поворота образуется сложная форма потока с двумя зонами вихревого движения жидкости На практике такие элементы соединения трубопроводов называют коленами. Следует отметить, что колено как соединительный элемент является крайне нежелательным ввиду значительных потерь напора в данном виде соединения. Величина коэффициента потерь напора будет, в первую очередь, зависеть от угла поворота русла и может быть определена по эмпирической формуле или по таблице:

Плавный поворот канала Этот вид гидравлических сопротивлений можно считать более благоприятным (экономичным) с точки зрения величины потерь напора, т.к. в данном случае опасных зон для образования интенсивного вихревого движения жидкости практически нет. Тем не менее, под действием того, что при повороте потока возникают центробежные силы, способствующие отрыву частиц жидкости от стенки трубы, вихревые зоны всё же возникают. Кроме того, при этом возникают встречные потоки жидкости

направленные от внутренней стенки трубы к внешней стенке трубы. Коэффициент потерь

напора определяется по эмпирическим формулам или по

таблицам. При угле поворота русла  на 90° и :

При угле поворота русла а)100° :

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Кроме приведённых зависимостей имеются  и другие справочные сведения. Наличие  обширного набора сведений по этим вопросам объясняется тем, что колена в закруглённом исполнении весьма широко применяются в строительстве трубопроводов и в различных гидравлических системах.

Задвижки. Задвижки часто используют как средство регулирования характеристик потока жидкости (расход, напор, скорость). При наличии задвижки в трубопроводе поток обтекает находящиеся в трубе плашки задвижки, наличие которых ограничивает живое сечение потока, а также приводит к возникновению вихревых

потоков жидкости около плашек задвижки. Коэффициент потерь напора зависит  от степени закрытия задвижки

 

Краны. Краны также могут использоваться в качестве средств регулирования параметров потока. В этих случаях коэффициент потерь напора зависит от степени закрытия крана (угла поворота).

 

Обратные клапаны  и фильтры. Коэффициенты потерь напора определяются, как правило, экспериментально.

 

 

 

 

 

 

 

 

34. Вытекание жидкости  через отверстие в тонкой стенке.

Рассмотрим случай вытекания жидкости в атмосферу через отверстие  площадью ω, струя при вытекании  через отверстие постепенно суживается, ближе к отверстию живое сечение  С,  в котором движение можно  считать плавно изменяющимся называется сжатым сечение. Если обозначить площадь  сжатого сечения С-С, через ω, то отношение сжатого сечения к  сечению отверстия называется коэффициентом  сжатия:

Учитывая что отдельные струйки  в сжатом сечении почти параллельны, то давление в нем равно давлению окружающей среды, т.е. барометрическому давлению. Обозначим через Н высоту уровня жидкости над центром отверстия, через  ν – скорость в сжатом сечении, и ν₀ – скорость в сосуде. За ось координат примем горизонтальную ось х проходящую через центр отверстия. Напишем уравнение Бернулли для сечения 0-0 и С-С сжатое сечение.

 

удельная потенциальная энергия  для сечения 0-0; h_м-потери напора при вытекании жидкости через отверстие

Тогда получим: Если пренебречь величиной удельной кинетической энергии , т.к. по сравнению с удельной потенциальной энергией она мала, но уравнение Бернулли примет вид: . Из этого уравнения мы видем скорость вытекания:

Обозначим - коэф. скорости. Получим: . Опытным путем установим φ=0,98. Вычислим расход жидкости, умножим скорость на площадь сжатого сечения: ; ω_сж возьмем из формулы коэф. сжатия и получим расход: ; подставим в это уравнение скорости получим расход: . Обозначим произведение - коэф. расхода; найдем расход

 

35. Вытекание жидкости  через затопленное отверстие. 

Жидкость вытек. из бака I в бак II через затопленное отверстие со скоростью ν_в в сжатом сечении. Примем Н – разность уровней в Баках I и II  для плоскости х, плоскости сравнения напишем уравнение Бернулли  для сечения 0-0 и С-С.

; (удельная кинет. эн-я)

; ; ; ; ; ; => .

Под Н – следует понимать разность уровней. Исследование установило, что  коэф. расхода μ можно принимать  равным коэф. расхода при вытекании  в атмосферу.

 

36. Классификация отверстий  и насадок. В одной из стенок сосуда имеется отверстие диаметром D. Если толщина стенки l<3D, то стенку рассматривают как тонкую и отверстие называют отверстием в тонкой стенке. Если же толщина стенки l=(3..4)D, то такое отверстие приходится рассматривать как короткую трубу вставленную в отверстие которое называется насадкой .

 

Насадки разделяют на цилиндрические и конические. Цилиндрические насадки  могут быть внешними и внутренними.Конические насадки бывают: конически сходящимися, конически расходящимися. Причем угол β между образующими конуса называют углом конусности. Если в конической расходящейся насадке β>0,04 π, то как показывает практика струя вытекающей из отверстия не касаясь стенок насадки.

 

 

37, Вытекание жидкости  через насадки.

Ф-лы выведения скорости и расхода. ;

остаются справедливыми и для  насадок, но значение коэфициентов будут другими.

Вид вытекания	ε	ξ	φ	μ
Ч-з отверстие  в тонкой стенке	0,64	0,06	0,97	0,62
Ч-з цилиндрические насадки: - внешнюю - внутреннюю	1 1	0,49 1	0,82 0,71	0,82 0,71
Ч-з коническую насадку: -сходящуюся β=0,7π -расходящ. β=0,04π	0,98 1	0,06 0,94	0,97 0,45	0,95 0,45

Т.к. в конической и цилиндрической расходящейся насадках струя покидает насадку без сжатия(сжатие происходит в самой насадке), то для этих случ. коэф. наружного сжатия =1. Благодаря  наличию сжатия внутри насадки площадь  сечения будет меньше, чем  площадь  сечения из насадки. Скорость в сжатом сечении будет выше, а давление меньше, чем снаружи. Давление снаружи  равно Р_б, а т.к. внутри насадки давление меньше, образуется разряжение (вакуум).

 

38. Вытекание жидкости  при переменном уровне.

В данном случае движение является неустановившимся с достаточной степенью точности можно считать, что в каждом моменте  времени скорость вытекания определяется соответственно этому моменту напору Н, т.е. также как и при установившемся движении.

Определим время в течении которого жидкость опустится с уровня Н₁ на уровень Н₂. Для этого возьмем промежуточный уровень с напором Н. за какое то время dt вытекающий объём жидкости dV равна функции: . За то же самое время напор меняется на какую то величину dH и объем жидкости вытекающей из сосуда будет равен: , где Ω площадь свободной поверхности в сосуде; «-» указывает на отрицательный характер приращения уровня при его понижении.

Приравниваем это 2 выражения, получим: ;

Проинтегрируем:

 

39. Основные понятия о  гидроприводе.

Под гидроприводом понимается устройство для приведения в движение механизмов и машин, состоящие из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств (фильтры, резервуары) и вспомогательных линий.

Гидроприводы бывают объемные (основой  является объёмная передача) и гидродинамические (лопастная передача).

Под гидропередачей понимают устройство для передачи мех. энергии и преобразование движения посредством жидкости.