Фильтрация

Основные понятия. Фильтрацией называется дви­жение жидкости (в частности, воды) в пористой среде. Атмосфер­ные осадки, выпадающие на поверхность земли, просачиваются вглубь, заполняя поры между частицами грунта, и образуют по­токи грунтовых вод, передвигающиеся под действием сил тяже­сти. Потоки грунтовых вод называют фильтрационными потока­ми. Движение фильтрационного потока может быть равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным.

Равномерным движением фильтрационного потока называется движение, когда уклон свободной его поверхности равен укло­ну подстилающего водонепроницаемого слоя i. И, наоборот, при i =1 будет неравномерное движение.

Движение фильтрационного потока будет безнапорным, если жидкость движется по наклонному непроницаемому пласту (водоупору) с образованием свободной поверхности, называемой депрессионной поверхностью, давление на которой равно атмос­ферному.

Движение фильтрационного потока называется напорным, если жидкость заключена между двумя непроницаемыми пласта­ми без образования свободной поверхности.

Как всякий поток, фильтрационный поток характеризуется расходом Q, скоростью V, уклоном дна i, уклоном свободной по­верхности I и поперечным сечением S.

Количество воды, проходящее через живое сечение пористой среды за единицу времени, называют фильтрационным расходом Q. Отношение расхода Q к площади живого сечения пористой среды называют скоростью фильтрации Vф. Здесь уместно заме­тить, что скорость фильтрации Vф меньше истинной скорости дви­жения жидкости в порах грунта Vист, т. е. скорость фильтрации Vф—фиктивная скорость движения фильтрационного потока.

Основной закон фильтрации. Основная задача практических расчетов фильтрации — это определение скорости фильтрации Vф, расхода фильтрационного потока Q.

В 1866 г. французский ученый А.Дарси на основании анализа экспериментальных исследований открыл основной закон фильтрации:

Vф —скорость фильтрации; I—градиент фильтрации или пьезометриче­ский уклон фильтрационного потока; k—коэффициент фильтрации, м/сут или см/с

Коэффициент фильтрации k имеет размерность скорости, ха­рактеризует водопроницаемость грунта и зависит от размера и формы частиц грунта, степени их однородности и пористости, температуры жидкости.

Наименование грунта	k, см/с	Наименование грунта	k, см/с
Глина Суглинок Супесь Иловатые грунты	1,10-7 1,10-7…1,10-5 1,10-5…1,10-3 1,10-3…1,10-2	Мелкозернистый песок Среднезернистый песок Крупнозернистый песок Гравий и галька	1,10-4…1,10-3 1,10-3…1,10-2 1,10-2…1,10-1 1,10-1…1,10

Фильтрационный расход можно определить по формуле

S - площадь живого сечения фильтрационного потока.

Гидравлические машины динамические насосы и вентиляторы

Гидравлическая машина — это агрегат, в котором механическая энергия передается от протекающей жидкости рабочему органу (гидравлические двигатели, или турбины) (рис. ) либо, наоборот, механическая энергия привода преобразуется в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется ее движение (насосы) (рис. 5.1, б).

Рис. Схемы гидравлических машин:

в — турбинная установка; 6 — насосная установка;

ВБ и НБ — соответственно верхний и нижний бьефы

Гидравлические двигатели, в которых рабочий орган получает энергию от протекающей жидкости, обычно представляют собой гидравлические турбины, применяемые для установки на гидроэлектрических станциях, где они служат при­водом электрических генераторов. В турбине, энер­гия воды преобразуется в механическую энергию вращения вала, от которого приводится во вращение ротор электрического гене­ратора, где механическая энергия превращается в электрическую.

Н а с о с ы являются одной из самых распространенных раз­новидностей машин. Их применяют во многих отраслях про­мышленности и сельского хозяйства. Они являются неотъемле­мой частью систем водоснабжения, теплофикации, центрального отопления, вентиляции, котельных установок, гидромеханизации и используются во многих других отраслях техники. Насосы и гидродвигатели применяют в гидропередачах, где основным эле­ментом является гидравлический привод, назначение которого состоит в передаче энергии к исполнительному рабочему органу и управлении его движением посредством жидкости.

Основными рабочими параметрами, характеризующими гид­ромашины и режимы их работы, являются напор (или давление), подача (для насоса) или расход (для гидродвигателя), мощность и коэффициент полезного действия.