Питання і задачі для самоперевірки

1. Зобразити схему установки і дайте короткий опис досвідів Рейнольдса.

2. Що являють собою критерії подоби Nе, Rг, Rе, Еu верб яких випадках вони застосовуються?

3. Охарактеризуйте ламінарний режим руху і перелічите основні його закономірності.

4. Як підраховується витрата рідини і втрати напору при ламінарному русі у вузьких щілинах?

5. У чому полягає явище облітерації?

6. Охарактеризуйте турбулентний режим руху і перелічите основні його закономірності.

7. Що таке абсолютна і відносна шорсткість труб?

8. Які труби називають гідравлічно гладкими і шорсткуватими?

9. Який вид мають епюри швидкостей по перетині круглої труби при ламінарному і турбулентному режимах руху?

10. Напишіть основні формули, застосовувані для обчислення коефіцієнта Дарсі при ламінарному і турбулентному режимах руху.

11. Що таке еквівалентна довжина трубопроводу і як вона визначається?

12. У чому полягає принцип додавання втрат і які умови його застосовності?

1 3. Визначити режим руху рідини по трубопроводу діаметром d= 50 мм, якщо рівні рідини в трубках Н = 670 мм і h=230 мм, а в'язкість рідини 1,2°Е.

Відповідь: турбулентний, тому що Rе = 41700.

1 4. Визначити витрата води по трубопроводу Q(м³/година), якщо показання манометра р_м= 12,8 кгс/см², висота нагнітання Н = 120 м, довжина трубопроводу l=142 м, діаметр труб d=100 мм, абсолютна шорсткість труб Δ= 0,2 мм, ступінь відкриття засувки Лудло х:d = 5/8, радіус заокруглення коліна R=83 мм. Відповідь: Q=58 м³/година.

1 5. Визначити висоту рівня нафти в резервуарі Н (м), в'язкість якої 41.10Е, якщо через трубу діаметром d = 100 мм і довжиною l= 30 м проходить витрата Q=0,03 м³/сек. Коефіцієнт опору входу з резервуара в трубу прийняти рівним _вх =0.125

Відповідь: Н=13м.

Тема 7. Рух рідини в трубах і відкритих руслах

Класифікація трубопроводів. Узагальнені параметри для розрахунку трубопроводів. Повний напір, рівняння і характеристики трубопроводів. Послідовне і рівнобіжне з'єднання трубопроводів. Основи теорії Н. Е. Жуковського про гідравлічний удар у трубопроводах. Способи зниження ударного тиску.

Основне рівняння сталого рівномірного руху рідини у відкритому руслі. Формула Шезі і формули для визначення коефіцієнта Шезі. Розподіл швидкостей у поперечному перерізі. Гідравлічно найвигідніший перетин відкритих русявів.

Література: [3], 188—198, 203—206; [6], 176—215, 220—239, 112—120, 244—250; [И], 251—269, 204—211; [12], 165—181, 183—184, 190—198; 219—224; [15], 190—191, 196—197, 200—203, 223—231.

Методичні вказівки

При розгляді простого трубопроводу необхідно усвідомити, що в простому самопливному трубопроводі втрати напору рівні різниці рівнів. Варто ознайомитися з узагальненими параметрами для розрахунку трубопроводів: видатковою характеристикою труби (модулем витрати) К и питомими опорами А_дл і А _м .

Необхідно усвідомити визначення й енергетичний зміст повного напору, висновок рівняння напору трубопроводу, а також вид характеристик трубопроводу (при наявності геометричної висоти і при її відсутності).

Розглядаючи послідовне і рівнобіжне з'єднання трубопроводів, потрібно, крім встановлення аналітичних залежностей, познайомитися з графічним методом побудови сумарних характеристик цих трубопроводів.

Знайомлячи з гідравлічним ударом, варто усвідомити його фізичну сутність, розібрати формули Н. Е. Жуковського, а також ознайомитися зі способами запобігання гідравлічного удару в трубопроводах.

При вивченні руху рідини у відкритих руслах варто мати на увазі його особливості (наявність вільної поверхні, ухилу дна й ін.). У цій темі розглядаються тільки основні закономірності сталого рівномірного руху рідини у відкритих руслах. Основною розрахунковою формулою в цьому випадку є формула Шезі З численних формул для визначення коефіцієнта Шезі найбільш розповсюдженою є формула Павловського.

При розгляді питання про найвигідніший перетин каналу можна обмежитися тільки гідравлічними факторами.

П риклад 1. Побудувати характеристику трубопроводу, схема якого приведена на кресленні. Діаметр трубопроводу d=200 мм, довжина трубопроводу l=350 м, абсолютна шорсткість труб Δ=1мм, висота усмоктування Н_вс = 3 м, висота нагнітання Н_н=277 м, сума коефіцієнтів місцевих опорів =28. Максимальна подача насоса 400 м³/година.

Запишемо рівняння напірної характеристики трубопроводу

де Н — повний напір, необхідний для переміщення рідини по трубопроводу;

р_кі р_н— тиску у вихідному і вхідному перетинах трубопроводу, рівні в даному випадку р_а;

Н_г — геометрична висота, Н_г = Н_вс + Н_н=3 + 277 = 280 м;

Q — витрата води в трубопроводі;

а — опір трубопроводу, що може бути обчислений по одній із приведених нижче формул:

По таблиці узагальнених параметрів, приведеної в додатку 6, знаходимо, що для труб з d = 200 мм і Δ=1 мм А_дл =7,81 сек²/м⁶ і А_м=51,5 сек²/м⁵.

Тоді а = (7,81·350+51,5·28) =4175 сек²/м⁵.

Отже, рівняння напору розглянутого трубопроводу:

Задаючи значеннями Q від 0 до 400 м³/година (максимально можливої витрати в даному трубопроводі), знайдемо повні напори при різних витратах у трубопроводі:

Q, м3/год	0	100	200	300	400
Н, м	280	283	293	309	331

По отриманих крапках будуємо напірну характеристику трубопроводу (див. мал.).

Приклад 2. Визначити потужність потоку N_п (квт), необхідну для переміщення води по трубопроводу, схема і параметри якого приведені в попередньому прикладі, якщо витрати води в трубопроводі Q_год=250 м³ /година.

По приведеному в попередньому прикладі рівнянню визначаємо повний напір трубопроводу при заданій витраті.

Н = 280 + 4175 · 0,0695² = 300 м

Потужність потоку при цих напорі і витраті буде:

П риклад 3. Визначити висоту рівня води в резервуарі, якщо витрата води в трубопроводі Q_ч=280 мг^/година, абсолютна шорсткість труб Δ=0,5мм. Довжини і діаметри окремих ділянок трубопроводу приведені нижче:

№ ділянок	1	2	3	4
d, мм l,,м	250 80	100 240	125 260	300 170

Місцевими опорами зневажити.

У самопливному трубопроводі втрати напору рівні різниці оцінок вхідного і вихідного перетинів.

Н_пот = Н

Утрати напору при послідовно-рівнобіжному з'єднанні трубопроводів можуть бути обчислені по формулі:

З огляду на те, що за умовою місцевими опорами можна зневажити, опору окремих ділянок трубопроводу можуть бути підраховані по одній із приведених нижче формул:

а = А_дл ·l, чи а =l/K²

Приймемо для розрахунку другу формулу. Величини квадратів видаткових характеристик для труб 1, 2, 3 і 4 ділянок при Δ=0,5 мм. візьмемо з таблиці, приведеної в додатку 6. Тоді