37. Гидравлический удар при мгновенном закрытии затвора

Наиболее распространенным, то есть часто встречающимся видом неустановившегося движения является гидравлический удар. Это типичное явление при быстром или постепенном закрытии затворов (резкое изменение скоростей в некотором сечении потока приводит к гидравлическому удару). Как следствие, возникают давления, которые распространяются по всему трубопроводу волной.Эта волна может быть разрушительной, если не принять специальные меры: могут разорваться трубы, выйти из строя насосные станции, возникнуть насыщенные пары со всеми разрушительными последствиями и т. д.Гидравлический удар может порождать разрывы жидкости в трубопроводе – это не менее серьезная авария, чем разрыв трубы.Наиболее часто встречающиеся причины гидравлического удара следующие: внезапное закрытие (открытие) затворов, внезапная остановка насосов при заполнении трубопроводов водой, выпуск воздуха через гидранты в оросительной сети, пуск насоса при открытом затворе.Если это уже случилось, то как протекает гидравлический удар, какие последствия вызывает?Все это зависит от того, по какой причине возник гидравлический удар. Рассмотрим основную из этих причин. Механизмы возникновения и протекания по остальным причинам сходны.Мгновенное закрытие затвораГидравлический удар, который происходит в этом случае – чрезвычайно интересное явлениеПусть имеем открытый резервуар, от которого отводится гидравлическая прямолинейная труба; на некотором расстоянии от резервуара труба имеет затвор. Что произойдет при его мгновенном закрытии?Во-первых, пусть:1) резервуар настолько велик, что процессы, происходящие в трубопроводе, в жидкости (в резервуаре) не отражаются;2) потери напора до закрытия затвора ничтожны, следовательно, пьезометрическая и горизонтальная линии совпадают3) давление жидкости в трубопроводе происходит только с одной координатой, две другие проекции местных скоростей равны нулю; движение определяется только продольной координатой.Воовторых, теперь внезапно закроем затвор – в момент времени t0; могут произойти два случая:1) если стенки трубопровода абсолютно неупругие, т. е. Е = ∞, и жидкость несжимаема (Еж = ∞), то движение жидкости также внезапно останавливается, что приводит к резкому росту давления у затвора, последствия могут быть разрушительны.Приращение давления при гидравлическом ударе по формуле Жуковского:Δp = ρСυ0+ ρυ02.

38. Гидравлический удар при резком понижении давления (с разрывом сплошности потока).

39 Определение скорости ударной волны. Формулы Жуковского.

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь   - длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление,   - скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

где   - модуль объемной упругости жидкости,   - плотность жидкости,   - скорость распространения звука в жидкости,   - модуль упругости материала стенок трубы,   - диаметр трубы,   - толщина стенок трубы.

Для воды отношение   зависит от материала труб и может быть принято; для стальных - 0.01; чугунных - 0.02; ж/б - 0.1-0.14; асбестоцементных - 0.11; полиэтиленовых - 1-1.45

Коэффициент   для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

,

 коэффициент армирования кольцевой арматурой (  - площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно  Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где   - скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна: при прямом ударе  , при непрямом  .