Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Общая характеристика жидкости





Гидравлика

 

 

А.М. Калякин

 

Гидравлика

В инженерных приложениях

 

Учебное пособие

 

Саратов 2014

Введение

Учебное пособие предназначено для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

Изложены только основные гидравлические законы и уравнения; по этой причине большинство результатов дано без строгих доказательств.

С целью закрепления и иллюстрации основного теоритического материала приведены примеры и задачи; к задачам даны подробные решения, которые необходимо изучить.

 

Предмет гидравлики

Гидравлика –прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей; на основе теории и опытов она дает способы применения этих законов к решению инженерных задач. На законы гидравлики опираются тесно связанные с ней тепло- и газоснабжение, водоснабжение и водоотведение, а также гидротехника, гидрометрия и гидрология.

 

Общая характеристика жидкости

Жидкостью называется физическое тело, обладающее текучестью и принимающее форму сосуда, в котором оно находится. Текучесть – основной внешний признак жидкости. Жидкости делят на два вида: капельные и газообразные.

Капельныежидкости (способные образовывать капли) характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью) и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям. Это свойство обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. К капельным жидкостям относятся вода, спирт, керосин, бензин, ртуть, нефть и т.д.

Газообразные жидкости (газы) обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопротивления ни растягивающим, ни касательным усилиям и имеют малую вязкость.



В дальнейшем будем применять термин «жидкость» для капельных жидкостей, специально рассматривая случаи газов.

Системы единиц измерения

Для изучения механических величин в основном применяются 3 системы единиц измерения: физическая СГС, техническая МКГСС и международная система СИ.

В физической системе за основные единицы приняты: длины – 1 сантиметр; массы – 1 грамм и времени 1 секунда.

В технической системе за основные приняты единицы: длина –1 метр; силы –1 килограмм-сила (1 кгс или сокращено 1 кг) и времени – 1 с. При этом килограмм-сила (1кг) в технической системе представляет собой силу, способную сообщить килограмму массы (1 кг) ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.

В системе СИ основными единицами являются: единица длины – 1 метр (1 м); единица массы – 1 килограмм (1кг); единица времени – 1 секунда (1 с).

В этой системе за единицу силы, являющейся производной величиной, принят 1 ньютон (1 Н) – сила, сообщающая одному килограмму массы ускорение 1 м/с2. Полезно иметь в виду, что 1 кг = 9,807 Н; 1 Н = 0,102 кГ.

 

Кинематика

Кинематика – раздел гидравлики, в котором изучаются только геометрические свойства движения жидкости (без выяснения их причин). Поэтому все основные выводы кинематики справедливы для любой жидкости, как вязкой, так и невязкой.

 

Основные определения. Виды движения

При изучении движения жидкости она считается сплошной средой, и ее движение происходит потоком. Потоком называют движение массы жидкости, ограниченной системой поверхностей твердых тел (трубопровод, канал, река). Часто представляют частицу жидкости, движущуюся по некоторой траектории.

Линией тока называется кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной к ней.

В случае установившегося движения линии тока совпадают с траекториями частиц жидкости. Свойство линий тока: линии тока не пересекаются ни сами с собой, ни с другими линиями тока.Как следует из определения, линия тока есть такая линия, в каждой точке которой нормальная (перпендикулярная к ней) составляющая скорости равна нулю, т.е. через нее нет перетекания. Совокупность линий тока дает картину течения в данный момент времени, что часто используется для наглядного изображения особенностей потока, на рис.6.2 представлены картины обтекания: на рис.6.2, а – пластины, на рис.6.2, б – цилиндра.

 

а б

Рис.6.2

 

Элементы потока

Живым сечением потока называется поперечное сечение, нормальное к направлению движения струек. Например, при напорном движении в круглой трубе (рис.6.5); в открытом прямоугольном канале (рис.6.6).

S= S = b · h

χ=πd χ = 2h+b

R = R =

 

 

Рис.6.5 Рис.6.6

 

 

Площадь живого сечения обозначается S.

Смоченным периметром называется линия соприкосновения жидкости со стенками потока в данном живом сечении; его длина обозначается через χ.

Гидравлическим радиусом R называется отношение площади живого сечения к ее смоченному периметру.

R = . (6.1)

Гидростатика

Гидростатика -раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей и газов.

 

Е свойство гидростатического давления: в покоящейся жидкости величина гидростатического давления в точке не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует и которой принадлежит данная точка.

Например, в декартовой системе координат

, (7.2)

где – величины гидростатического давления вдоль осей x, y, z;
– давление по произвольному направлению n.

Гидростатическое давление поэтому зависит только от координат точки и является скалярной функцией

. (7.3)

Виды давления

Различают следующие виды давления: барометрическое, абсолютное, избыточное, вакуум.

Барометрическое (атмосферное) давление зависит от высоты места над уровнем моря и от состояния погоды. За нормальное барометрическое давление принимают 760 мм.рт.ст. На свободную поверхность водных потоков, а также естественных и искусственных водоемов действует барометрическое давление.

Абсолютным(полным) давлением р называется давление, определяемое по формуле

, (7.7)

где - давление на свободной поверхности. Если на свободной поверхности давление равно атмосферному, то разность

(7.8)

называется избыточным давлением (избыточным по сравнению с атмосферным) и обозначается

. (7.9)

Из последней зависимости следует, что избыточное давление изменяется с глубиной по линейному закону; оно иногда называется манометрическим.

Если давление в точках какого-либо объема жидкости или в закрытых сосудах на свободной поверхности меньше атмосферного (p< pат ), то говорят, что в рассматриваемом пространстве вакуум.

Вакуумом называется разность между атмосферным давлением и давлением в разреженном пространстве; иначе говоря, вакуум есть недостаток величины данного давления до атмосферного.

Обозначая величину вакуума через pв , а давление в разреженном пространстве через pразр , получим

pв = pат - pраз (7.10)

Задача 7.2. На какой глубине водолаз будет испытывать избыточное давление 1 ат.? Плотность воды ρ=1000 кг/м3.

Решение. Из решения задачи 5.1 следует, что давление в 1 ат. эквивалентно 98 Па. Тогда, приравнивая выражение для избыточного давления одной атмосфере, выраженной в паскалях, получим

,

откуда

h = м.

Из полученного решения следует, что 10 м водного столба создают избыточное давление в одну атмосферу.

 

Закон Паскаля

Из уравнения (7.6)

= +ρgh

следует, что при изменении давления на поверхности на величину Δp0 давление во всех точках данного объема изменится на то же значение Δp0 . Таким образом, жидкость обладает свойством передавать давление. Это свойство выражает закон Паскаля, который формулируется так: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения. На использовании закона Паскаля основано устройство многих гидравлических машин.

 

Закон Архимеда

Рис.7.16
На погруженное в жидкость тело действуют поверхностные силы давления (рис. 7.16), значения которых соответствуют площадям эпюр гидростатического давления. Горизонтальные силы давления, действующие на боковые поверхности тела, взаимно уравновешиваются. Вертикальные силы давления равны весу жидкости в объемах соответствующих тел давления; равнодействующая вертикальных сил называется архимедовой силой и направлена вверх.

При турбулентном режиме

С помощью полуэмпирической теории турбулентности получена зависимость для распределения скорости в круглой трубе при турбулентном режиме

u = A lny + C,(9.3)

где A и C – некоторые постоянные; y – расстояние от стенки. Таким образом, скорости в турбулентных потоках распределены по логарифмическому закону; такое распределение скорости характеризуется быстрым нарастанием ее у стенки и почти постоянной величиной в центральной части (рис. 9.4).

Для распределения скорости в трубах часто используют эмпирические формулы, наиболее простой из которых является степенная

, (9.4)

где um – значение скорости на расстоянии от стенки (на оси трубы); r – радиус трубы; u – скорость на

Рис. 9.4 расстоянии y от стенки трубы.

Показатель степени n в этой формуле не постоянен и убывает с возрастанием числа Re. Так, при Re = 4·103 он равен 1/6, а при Re = 32·105 – 1/10. Среднее значение n, соответствующее гладкостенному режиму, равно 1/7. Для этого случая зависимость (9.11) называется «закон одной седьмой» для распределения скорости

. (9.5)

Отношение vср и umax в условиях ламинарного режима равно 0,5, а при турбулентном режиме, как показывают опыты,– 0,85 – 0,95.

Для инженерных расчётов возможно получить um и значение осредненной скорости в круглой трубе на любом расстоянии от стенки. Предварительно необходимо убедиться, что режим движения турбулентный. Вначале расход жидкости в трубе делят на площадь её сечения и определяют Vср

Vср= .

Затем находят um

um= .

Для определения u подставляют все уже известные величины в (9.5) и получают

.

 

Потери по длине и местные

Для решения различных задач первостепенное значение имеет уравнение Бернулли, поскольку оно связывает скорость и давление в сечении; в него входит величина, выражающая потери механической энергии. Поэтому для решения практически любой задачи необходимо знать, какими зависимостями выражается величина потерь. Представим себе бак, из которого жидкость может выливаться по трубе в атмосферу (рис. 9.5); скорость течения жидкости и расход могут изменяться с помощью крана К. Если кран К закрыт, то жидкость в трубе Т неподвижна, силы трения отсутствуют, уровни в пьезометрах равны (как в сообщающихся сосудах) и жидкость обладает запасом потенциальной энергии; никаких превращений энергии при этом не происходит.

Если кран К открыть, то под действием силы тяжести вода будет вытекать в атмосферу, начнется движение жидкости. При этом, как при всяком движении, возникнут силы трения (так как жидкость вязкая) о стенки трубы и внутри самой жидкости. На жидкость силы трения действуют в сторону, противоположную направлению скорости. Как всегда при действии сил трения механическая энергия преобразуется в тепло и количество механической энергии уменьшается вдоль потока.

а б

Рис. 9.5

Применим уравнение Бернулли в общем виде

z1 + + = z2 + + + hw

к сечениям потока 1 и 2, в которых расположены пьезометры (рис. 9.5, б), выбрав ось сравнения 0-0 совпадающей с осью горизонтальной трубы T. Как следует из рис. 9.6, б, z1 = z2 = 0 и несмотря на то, что механическая энергия жидкости вдоль потока уменьшается, средняя скорость не изменяется, так как расход остается постоянным. Поэтому V1 = V2 и α1 = α2. С учетом последних замечаний уравнение Бернулли принимает вид

= + hw

или

hw = - = h1 – h2 = Δh. (9.6)

Таким образом, потери удельной механической энергии можно измерить обычной линейкой; еще можно заметить в данном случае, что несмотря на частичное превращение механической энергии, кинетическая энергия остается постоянной вдоль потока, а потенциальная энергия убывает. Энергию (или напор), на величину которой удельная механическая энергия убывает, называют «потерянной» энергией («потерями» энергии или «потерями» напора). На самом деле никаких потерь энергии не происходит, а имеет место преобразование механической энергии в тепловую в результате трения. Если представить течение в длинной трубе, то по всей ее длине условия перехода механической энергии в тепловую будут одинаковые – т.е. будет одинаковое трение по всей длине. В этом случае потери будут называться потерями по длине и их величина пропорциональна длине трубы.

Формула для потерь энергии по длине имеет вид

(9.7)

и называется формулой Дарси-Вейсбаха.

В этой формуле приняты следующие обозначения: hl – потери напора на длине l; V – средняя скорость; d – диаметр трубы; g – ускорение свободного падения; λ – коэффициент, учитывающий состояние стенок трубы и режим движения.

При расчетах потерь напора по формуле Дарси-Вейсбаха длина трубы, ее диаметр, расход задаются, и определение hl встречает затруднение только в связи с вычислением коэффициента λ.

 

Гидравлического трения

Потери напора по длине трубопровода обычно находят по формуле (9.14). При этом основной задачей является определение коэффициента

гидравлического трения . В общем случае коэффициент гидравлического трения может зависеть от двух безразмерных параметров – числа

Re = и k/d, т.е. .

На рис. 10.1 представлен экспериментальный график зависимости коэффициента от числа Рейнольдса, на нем изменение коэффициента представлено рядом кривых, каждая из которых соответствует определённой относительной шероховатости, т.е. отношению k/d.

На графике можно выделить три области: I - область гидравлически гладких труб, соответствующую сравнительно малым числам Рейнольдса, II - область доквадратичного сопротивления, III - область квадратичного сопротивления. В области гидравлически гладких труб коэффициент зависит от числа Рейнольдса, в доквадратичной области коэффициент зависит от числа Re и от относительной шероховатости, а в области квадратичного сопротивления – только от относительной шероховатости.

 

 

Red<2300
10< <500 500<

 

Рис. 10.1. График Мурина – Шевелёва

 

 

Местные потери напора

Трубопроводы обычно состоят из отрезков прямых труб, соединенных между собой различными фасонными (соединительными) частями: тройниками, угольниками, отводами. В трубопровод могут быть включены задвижки, вентили, расходомеры, клапаны различных систем, фильтры и т.д. Кроме того, трубопровод может состоять из труб различного диаметра. Для соединения таких труб применяются особые детали, так называемые переходы. Каждая из перечисленных деталей вызывает в потоке потери напора; такого типа потери называются местными. Потери на местные сопротивления в наружных сетях водопровода обычно не превышают 15%, во внутренних сетях – 30% от потерь по длине. Однако местные потери напора в некоторых видах инженерных сетей могут достигать значительной величины: так, например, в системах отопления зданий – до 40%, в воздуховодах вентиляционных систем – до 60-70% от потерь напора по длине.

Обычно в местных сопротивлениях существуют застойные (вихревые) зоны или области, в которых жидкость вращается; в них значительные градиенты скоростей приводят к увеличению (по сравнению с транзитными потоками) касательных напряжений и в конечном счете к увеличению сил трения. Постоянный обмен жидкостью меж- Рис. 10.2

ду застойными зонами и транзитными потоками приводит к тому, что частица, попавшая из потока в застойную зону, теряет значительную часть

механической энергии (она превращается за счет трения в тепло).

В большинстве случаев возможно предугадать расположение вихревых зон, так как в связи с изменением направления стенок изменится и направление потока, но при этом крайние струйки не изменят резко своей формы, а примут форму плавных кривых (рис. 10.2).

В конечном счете, механическая энергия всего потока в местном сопротивлении уменьшается, превращаясь в теплоту. Местные сопротивления можно условно разделить на 4 типа:

1. Изменение поперечного сечения потока (расширение или сужение).

2. Изменение направления потока (поворот).

3. Разделение или слияние потоков (тройники).

4. Комбинации названных случаев в разных устройствах.

Потери энергии (напора) в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха

, (10.9)

где ζ – коэффициент местного сопротивления. В большинстве практически важных случаев коэффициент местного сопротивления ζ зависит только от конструкции местного сопротивления.

Задача 10.4. Во сколько раз возрастут потери при повороте трубы, если расход воды увеличить в 3 раза? Принять, что коэффициент местного сопротивления
ζ – постоянная величина.

Решение. Потери согласно (10.9) пропорциональны квадрату скорости. Средняя скорость, как и расход, увеличивается в 3 раза, поэтому потери возрастут в 9 раз.

Практически важных случаях

Во всех случаях местные потери напора вычисляются по формуле Вейсбаха:

= ζ ,

Рис.10.3
где ζ – коэффициент местного сопротивления; V – средняя скорость движения жидкости за местным сопротивлениям. Числовое значение ζ определяется опытным путем и при решении задач берется из гидравлических справочников. Ниже приводятся числовые значения коэффициента местных сопротивлений ζ в трубах при турбулентном течении для некоторых случаев (при ламинарном течении коэффициент ζ зависит от Re).

Внезапное сужение (рис. 10.3). Коэффициент ζ определяется по табл. 10.2 в зависимости от отношения площади сечения S2 в узкой части потока к площади сечения S1 в широкой части потока.

Таблица 10.2

Вход в трубу

а) без закругления кромки входного отверстия ζ = 0,5, (рис. 10.4, а);

б) при плавном входе (в зависимости от плавности) = 0,5 – 0,1, (рис. 10.4, б);

Рис.10.4
в) если труба вдвинута внутрь резервуара (взависимости от длины вдвинутой части), ζ = 0,75 – 1,0, а б в

(рис. 10.4, в).

а б

Рис. 10.5

Плавный поворот. Плавное закругление (рис. 10.5, а), с радиусом закругления r и внутренним диаметром D; коэффициент ζ определяется по табл. 10.3. В случае, если угол поворота не равен прямому углу (рис. 10.5, б), табличное значение ζ умножается на , если угол θ выражен в радианах, или на , если угол θ выражен в градусах.

Таблица 10.3

Классификация трубопроводов

Трубопроводы нашли исключительно широкое применение в водоснабжении, транспортировке нефти и газа, в системах теплоснабжения, в различных энергетических и двигательных установках.

Жидкость движется по трубопроводу вследствие того, что ее потенциальная энергия в начале трубопровода больше, чем в конце. Эта раз­ность потенциальных энергий необходима для преодоления гидравличе­ских сопротивлений между рассматриваемыми сечениями трубопровода. Она может быть создана разными способами: а) работой насоса; б) благодаря разности уровней жидкости - самотечная подача; в) из-за повышенного давления газа на свободную поверхность жидкости в баке - вытеснительная подача. При расчете трубопроводов используются: уравнение неразрывности, уравнение Бернулли, зависимости для расчета сопротивлений и экспериментальные данные.

Простыми трубопроводами называют такие, у которых диаметр трубы, а также расход жидкости на всем протяжении остаются неизменными, а сложными - все остальные. Любой сложный трубопровод всегда возможно представить состоящим из ряда простых.

Таким образом, простой трубопровод – это труба одинакового по длине диаметра, расход в которой не изменяется и по длине её может быть любое число местных сопротивлений (не изменяющих диаметр - например, поворотов).

 

Характеристика трубопровода

В гидравлических расчетах простых и сложных трубопроводов используют графические методы, которые во многих случаях облегчают решение задач. Эти методы основаны на графическом построении характеристик трубопроводов.

Трубопроводов

Последовательное соединение

Рассмотрим систему из последовательно соединенных труб различных диаметров и длин. Такое соединение участков трубопровода называется последовательным (рис. 11.9). Очевидно, что расход во всех последовательно соединенных трубах один и тот же, а полные потери напора Н для всего трубопровода равны сумме потерь напора на всех участках, т.е.

Q1=Q2=Q3 =…=Qn =Q, (11.17)

H=H1+H2+ H3+…+ Hn , (11.18)

где H1, H2, H3, …, Hn – потери напора на 1, 2, 3, …, n-м участке.

Учитывая, что для каждого участка последовательного соединения справедлива зависимость (11.6) и имея в виду, что на каждом участке расход одинаковый, запишем (11.9) в виде:

. (11.19)

Из (11.19) следует, что решение первой и второй задач при последовательном соединении участков трубопровода разного диаметра будет таким же, как для простого трубопровода (трубопровода постоянного диаметра).

Третья же задача, если в ней потребовать определения диаметров для всех участков, становится неопределенной, так как в этом случае уравнение (11.19) содержит n неизвестных. Для решения этой задачи необходимо задать диаметры труб для всех участков, кроме одного, который может быть тогда определен.

l1,d1 l2,d2 l3,d3 l4,d4

ln,dnQnλn

 


Рис. 11.6 Рис. 11.7

 

 

Параллельное соединение

При параллельном соединении участков трубопровода жидкость, подходя с расходом Q к точке их разветвления А, распределяется по ответвлениям и далее снова собирается в точке их соединения В (рис. 11.7).

Заданы:

1. Суммарный расход до точки разветвления;

2. Длина, диаметр, величина кэ каждой ветви и все коэффициенты ζi

Найти:

1. Расходы Q1, Q2, Q3, …, Qn на отдельных участках, соединенных параллельно (в параллельных ветвях)

2. Потери напора Δh между точками А и В на каждом участке.

 

При решении задачи, прежде всего, учтем очевидный факт:

равенство расхода Q сумме всех расходов

Q = Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn . (11.20)

Для дальнейшего решения представим, что в точках А и В установлены пьезометры; так как концы всех трубопроводов смыкаются в одних и тех же точках А и В, то потери на всех этих участках одинаковы и равны Δh h - разность показаний пьезометров, установленных в точках А и В).Поэтому справедливы следующие равенства

Δh=Δh1=Δh2=Δh3= …= Δhn . (11.21)

Решение задачи выполним методом характеристик.

Рис. 11.8

 

Для решения на графике ∆h-Q строится (по 4-6 точкам) характеристики первой, второй и третьей ветвей, рис 11.8.

Каждая точка на графике получением заданием расхода Qi и подстановкой его в уравнение

Далее при нескольких произвольных значениях ∆h суммируются расходы для всех 3-х ветвей и, таким образом, получается суммарная кривая S. Она по своему смыслу выражает зависимость потерь ∆h от суммарного (общего) расхода Q. Но общий расход Q задан, поэтому откладывают его значение на горизонтальной оси, восстанавливают из этой точки перпендикуляр до пересечения с кривой S и находят на вертикальной оси соответствующее значение ∆h (расходы в ветвях находят по точкам пересечения горизонтальной прямой А-В с характеристиками ветвей).

 

В процессе его эксплуатации

При проектировании трубопроводов гидравлическое сопротивление не должно считаться неизменным в течение всего периода их работы. В реальных условиях эксплуатации сопротивление трубопроводов в большинстве случаев возрастает, что ведет к увеличению потерь энергии и при данном перепаде напоров (давлений) – к уменьшению расхода, т.е к уменьшению пропускной способности. Это связано с увеличением шероховатости стенок вследствие коррозии и отложения солей.

Увеличение шероховатости трубопроводов в процессе их эксплуатации оценивается формулой

kt=k0+αt , (11.24)

где k0 – шероховатость ,мм, для новых труб; kt – шероховатость, мм, через t лет эксплуатации; α – коэффициент, характеризующий степень возрастания шероховатости, мм/год. Значение коэффициента α зависит от материала трубы, рода жидкости и условий работы системы. Опытные данные позволяют считать, что для стальных труб, транспортирующих природную воду, в зависимости от степени минерализации α =0,02-0,1. для воздуховодов в зависимости от условий производства эта величина изменяется в пределах 0,4 – 6. для газопроводов можно принимать α = 0,05.

 

Сифонный трубопровод

Сифонным трубопроводом (сифоном) называется самотечный трубопровод, часть которого располагается выше уровня в сосуде (резервуаре), из которого происходит подача жидкости (рис. 11.10).

Рис.11.10
Сифонные трубопроводы используют, например, в качестве водосбросов гидротехнических сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнения водоемов через возвышенности, при самотечном соединении колодцев в системах водоснабжения и т.д.

Для того, чтобы сифон начал работать, необходимо заполнить его жидкостью, удалив воздух. Этого можно достичь путем удаления воздуха в наивысшей точке сифона или, заперев концы сифона, залить его жидкостью через верхнюю точку, где одновременно удаляют воздух.

В бытовых условиях сифон запускают, откачивая воздух в нижнем его конце. После сплошного заполнения сифона жидкостью он начинает работать как обыкновенная труба, поэтому расчет сифонного трубопровода принципиально ничем не отличается от расчета простого трубопровода. Если составить уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 , взяв за плоскость отсчета свободную поверхность в нижнем резервуаре, и считать, что в обоих резервуарах жидкость покоится, то получим

. (11.26)

Уравнение (11.26) совпадает с основным уравнением для расчета простого трубопровода и может быть решено относительно H, Q и d .

Сифон обладает своеобразным свойством заставлять жидкость подниматься вверх, так как в верхней части образуется вакуум и под действием атмосферного давления жидкость поступает в сифон.

Задача 11.7. Существует ли предел высоты поднятия жидкости в сифоне?

 

Основные расчётные формулы

Основной расчётной зависимостью для установившегося равномерного движения воды в открытых руслах является формула Шези:

, (12.2)

где Q – расход воды в канале; S – площадь сечения; R – гидравлический радиус; i – уклон дна канала; C – коэффициент Шези.

Обозначая

,

получим формулу Шези в таком виде:

, (12.3)

где K называется расходной характеристикой.

Коэффициент Шези C определяется по ряду эмпирических формул:

1. Формула Н.Н. Павловского

, (12.4)

где R – гидравлический радиус, м; n – коэффициент шероховатости

, (12.5)

т.е. показатель y является функцией коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

.

2. Формула И.И. Агроскина

. (12.6)

 

Спокойные и бурные потоки

 

На свободной поверхности потока могут возникать гравитационные волны (например, от падения твердого предмета), и поведение свободной поверхности зависит от отношения скорости потока V к скорости распространения волн С. Скорость распространения малых гравитационных волн (малых возмущений) на поверхности потока, глубина h которого мала по сравнению с длиной волны, определяется по формуле

Безразмерное отношение скорости потока к скорости распространения волн будет иметь вид

,

Где F2 называется числом Фруда.

Чаще применяется критерий Фруда

 

Если F2=1, то поток находится в критическом состоянии, если F2<1, то поток называется спокойным, для F2>1 поток называется бурным.

Спокойные и бурные потоки по-разному реагируют на препятствия, на изменение сечения.

В природе все равнинные реки являются спокойными потоками, горные реки чаще бурные.

Необходимо заметить, что режим движения (ламинарный и турбулентный) не зависит от того, спокойный поток или бурный, т.е. бурный режим, так же как и спокойный, может быть турбулентным и ламинарным.

Гидравлика

 

 

А.М. Калякин

 

Гидравлика

В инженерных приложениях

 

Учебное пособие

 

Саратов 2014

Введение

Учебное пособие предназначено для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

Изложены только основные гидравлические законы и уравнения; по этой причине большинство результатов дано без строгих доказательств.

С целью закрепления и иллюстрации основного теоритического материала приведены примеры и задачи; к задачам даны подробные решения, которые необходимо изучить.

 

Предмет гидравлики

Гидравлика –прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей; на основе теории и опытов она дает способы применения этих законов к решению инженерных задач. На законы гидравлики опираются тесно связанные с ней тепло- и газоснабжение, водоснабжение и водоотведение, а также гидротехника, гидрометрия и гидрология.

 

Общая характеристика жидкости

Жидкостью называется физическое тело, обладающее текучестью и принимающее форму сосуда, в котором оно находится. Текучесть – основной внешний признак жидкости. Жидкости делят на два вида: капельные и газообразные.

Капельныежидкости (способные образовывать капли) характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной несжимаемостью) и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям. Это свойство обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. К капельным жидкостям относятся вода, спирт, керосин, бензин, ртуть, нефть и т.д.

Газообразные жидкости (газы) обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопротивления ни растягивающим, ни касательным усилиям и имеют малую вязкость.

В дальнейшем будем применять термин «жидкость» для капельных жидкостей, специально рассматривая случаи газов.

Системы единиц измерения

Для изучения механических величин в основном применяются 3 системы единиц измерения: физическая СГС, техническая МКГСС и международная система СИ.

В физической системе за основные единицы принят









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.