3.4 Выводы

В выводах по работе следует сделать сопоставление опытных и табличных данных и привести необходимые объяснения по поводу имеющихся расхождений. При этом следует учесть возможные погрешности при измерении напора и глубин.

Лабораторная работа № 4 гидравлический удар в трубопроводе

4.1 Основные сведения из теории

Сжимаемость — физическое свойство жидкостей, выражающееся в том, что ее плотность способна изменяться при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемной сжимаемости

,

где — объем;

— изменение объема;

— изменение давления.

Величина обратная коэффициенту сжимаемости является модулем упругости жидкости:

.

Поскольку сжимаемость жидкостей очень мала (для большинства жидкостей коэффициент сжимаемости лежит в пределах 10^-4…10^-5 см²/кг, например, для воды, при не очень больших давлениях см²/кг), в большинстве случаев жидкость можно считать несжимаемой. Однако при рассмотрении таких явлений как гидравлический удар в трубопроводах или подводный взрыв, нельзя пренебрегать изменением плотности жидкости, т. е. ее сжимаемостью.

Если в напорном трубопроводе, питающемся от насоса или напорного бака, внезапно закрыть задвижку, то вследствие остановки потока его кинетическая энергия перейдет в потенциальную и перед задвижкой произойдет резкое повышение давления. Это явление носит название гидравлического удара. Возникшее у задвижки повышенное давление с большой скоростью начнет распространяться вниз по трубопроводу и ко времени достигнет насоса (напорного бака), где L — длина трубопровода от насоса (напорного бака) до задвижки; С — скорость распространения волны давления.

Ко времени к задвижке вернется отраженная волна разряжения, давление у задвижки резко уменьшится с (р + р) до (р – р). Отражаясь от закрытой задвижки, волна будет вновь распространяться к насосу и обратно. Далее характер явления будет повторяться, но амплитуда вследствие вязкости жидкости будет уменьшаться, т. е. будут наблюдаться затухающие колебания давления.

Время, за которое ударная волна проходит путь от задвижки до насоса (резервуара) и обратно, равное

,

(4.1)

называется фазой удара.

Характер и сила гидравлического удара зависят от соотношения между фазой удара и временем, в течение которого закрывается задвижка t_з. Если время закрытия задвижки , в трубопроводе возникает так называемый прямой гидравлический удар, т. е. удар максимальной силы. Величина дополнительного давления р, возникающего при прямом ударе, определяется теоретической формулой П. Е. Жуковского:

,

(4.2)

где  — плотность жидкости;

С — скорость распространения волны давления;

— начальная скорость движения жидкости в трубопроводе (до удара).

Теоретическая величина скорости распространения волны С может быть вычислена по формуле:

,

(4.3)

где С₀ — скорость распространения волны давления в неограниченной жидкой среде (в частности для воды при обычных температурах С₀ = 1435 м/с);

d, e, E — диаметр, толщина стенок и модуль упругости материала трубопровода.

Целью настоящей лабораторной работы является сравнение максимальной величины ударного давления, полученной опытным путем, с давлением, вычисленным по формуле (4.2).