11.Расчёт замкнутой кольцевой сети.

Основной принцип расчёта кольцевой водопроводной сети. Рассмотрим сеть, имеющую только одно кольцо. Если расходы воды забираются в точках 4 и 5 сети, то направление движения воды во всех трубах, кроме трубы 4-5, нам известно заранее. Положим, что для расчёта нам заданы: а) длины всех труб, б) отметка горизонта воды в водонапорном баке, расположенном в точке 1, в) минимально допустимые отметки горизонта воды в воображаемых пьезометрах, присоед. к узловым точкам сети 3,4,5,6, г) расходы q₄ и q₅, забираемые из сети. Требуется установить диаметры отдельных труб. Эту задачу решаем путём ряда попыток.1-ая попытка: задаёмся диаметрами отдельных труб, направлением движения воды в трубе 4-5,например, слева направо, распределением расхода q₅ между линиями 4-5 и 5-6; здесь считаем, что расход линии 4-5 равен е*q₅, а расход линии 5-6 равен (1-е)*q₅, причём задаёмся величиной е. В рассматриваемом кольце труб имеется 2 разных потока: против часовой стрелки(2-3-4)и по часовой стрелке (2-6-5). мы назначили встречу двух этих потоков в точке 5, которая назыв. точкой водораздела или нулевой точкой. Чтобы проверить, правильно ли мы задались диаметрами труб, положением точки водораздела и величиной е, поступаем так: мысленно разрезаем кольцо по намеченной точке водораздела; далее по обычным формулам подсчитываем потерю напора по линии 1-2-3-4-5’ и для линии 1-2-6-5”. После этого сопоставляем между собой две найденные потери напора. Если они равны, то заключаем, что напоры в точках 5’ и 5” одинаковы, что и дб, следовательно, мы всеми величинами задались правильно. Если равенства не получается, изменяем принятые величины и делаем вторую попытку.

12.Неустановившееся напорное движение жидкости. Гидравлический удар с учётом сжимаемости жидкости и упругими стенками трубопровода. Предварительные указания. Описание явления гидравлического удара.

Гидравлическим ударом называется повышение или понижение гидромеханического давления в напорном трубопроводе, вызванное изменением во времени (в каком-либо сечении трубопровода) средней скорости движения жидкости. Явление гидравлического удара обусловливается инерцией той массы жидкости, заключенной в трубопроводе, скорость которой изменяется во времени. Гидравлический удар в трубопроводе может достигать большой силы: давление в трубопроводе может значительно изменяться благодаря изменению во времени величины скорости движения жидкости. Поэтому при расчете толщины стенок трубопроводов приходится учитывать величину гидравлического удара. Положим, что мы имеем трубу, на конце которой установлен кран К. Жидкость, находящаяся в трубе, будучи остановлена закрытием крана, благодаря своей инерции окажет большое давление на закрытый кран. Если при рассмотрении такого явления пренебрежем сжимаемостью жидкости и деформируемостью стенок трубы, то при этом получим в трубе так называемый «абсолютно жесткий», удар что, как показывает опыт, вовсе не отвечает действительности. На характер явления гидравлического удара оказывают большое влияние сжимаемость жидкости и деформируемостью стенок трубопровода. Благодаря этим обстоятельствам в трубопроводе при закрытии или открытии крана получается упругий удар. В случае упругого удара давление вдоль трубопровода распространяется волнами, причем эти волновые явления оказываются весьма резко выраженными, и с ними необходимо считаться при изучении гидравлического удара. Описание явления гидравлического удара.

Представим горизонтальную трубу Т, наполненную жидкостью, и в нее введен поршень П_р. Если жидкость и поршень неподвижны, то при этом в жидкости всюду будет некоторое давление, определяемое горизонтальной пьезометрической линией Р'-Р". Если представить, что поршень в некоторый момент t = 0 начал мгновенно двигаться со скоростью v , то в случае абсолютно несжимаемой жидкости и абсолютно жестких стенок трубопровода, жидкость также начнет двигаться с той же скоростью v по всей длине трубопровода. Если жидкость сжимается и упругие стенки трубопровода, картина другая. В этом случае поршень П_р, приведенный в движение, будет выводить жидкость, находящуюся в трубе , из состояния покоя постепенно. Такое положение обусловливается, с одной стороны, сжимаемостью жидкости и упругостью стенки трубопровода и, с другой, наличием сил инерции жидкости. Для некоторого момента времени t` (после начала движения поршня) будем иметь граничную вертикаль W—W, которая разделяет жидкость, заполняющую трубу, на два разных объема: а) объем левее вертикали W—W; здесь жидкость находится еще в состоянии покоя, и давление в этой жидкости то же, что было до начала движения поршня, т. е. равное ; б) объем правее вертикали W—W; здесь жидкость находится уже в состоянии движения. причём, скорость движения жидкости в любом живом сечении v= скорости движения поршня. По мере движения поршня влево со скоростью v, вертикаль W—W движется влево со скоростью с, причем с значительно большей v. Область жидкости Б (правее вертикали) можно назвать зоной возмущения или зоной упругой деформации жидкости; скорость с — скоростью распространения возмущения или скоростью распространения упругой деформации жидкости. Как видно из соотношения c>>v длина области возмущения Б с течением времени должна расти: расстояние между поршнем и границей W—W должно изменяться от 0 до сколь угодно большой величины. Зона возмущения Б, имеющая подвижную границу W—W_t характеризуется следующими обстоятельствами:1) гидродинамическое давление внутри этой зоны оказывается всюду повышенным на величину, измеряемую высотой h_уд: h_уд=(р/ϒ)_Б-(р/ϒ); где (р/ϒ)_Б- пьезометрическая высота , соответствующая области Б; (р/ϒ)- пьезометрическая высота для трубы, имевшая место до начала движения поршня. Эпюра h_уд- вертикально заштрихованный прямоугольник, выражающий волну повышения давления. «Лоб» ab этой волны вместе с вертикалью W_W движется влево со скоростью с, Поэтому скорость с можно рассматривать, как скорость распространения в трубопроводе повышенного давления; 2) в зоне возмущения Б, сжатие жидкости оказывается относительно большим (повышается плотность), а упругие стенки трубопровода раздавшимися на некоторую величину δr. Описанная картина получается при движении поршня в трубе, наполненной покоящейся жидкостью. Совершенно тождественная картина получается в случае, когда жидкость движется в трубе со скоростью v, причем в некоторый момент времени t = 0 мы мгновенно перекрываем данную трубу задвижкой. В случае открытия задвижки, когда скорость в трубе v у задвижки увеличивается до величины, равной (v+δv). Получаем картину, при которой возникает волна понижения давления, причём эта волна распространяется вдоль трубы со скоростью с.