4.7. Уравнение энергии жидкости
Жидкостями называются тела, которые имеют определенный объем, но не имеют упругости формы, то есть, отсутствует модуль сдвига. Жидкости отличаются сильным межмолекулярным воздействием и, в следствие этого, малой сжимаемостью. Коэффициент сжимается для жидкостей изменяется в пределах от 2 · 10-6 до 2 · 10-4 отм-1. Для простых жидкостей, состоящих из симметричных сферических молекул, может быть получено уравнение состояния воды
где P – давление
- средний объем одной частицы жидкости
- постоянная Больцмана
Т – абсолютная температура
G (r) - радиальная функция распределения
(r) – величина потенциала
d (r) – число частиц в шаровом слое (на расстоянии r)
4.8. Удельная энергия жидкости
В принципе понятие «энергия» – это способность тела совершать работу, обозначается символом Е.
Удельной называется энергия (е), приходящаяся на единицу силы тяжести.
где Е – общая энергия;
G – сила тяжести.
Удельная энергия е состоит из трех составляющих: 1 – энергия положения, 2 – энергия давления, 3 – кинетической энергии.
Рис.
13. Схема для расчета потенциальной
удельной энергии
Приведенный
рисунок состоящий из емкости с жидкостью,
выведенным пьезометром и системы
координат, предназначен для определения
удельной потенциальной энергии жидкости.
Рис. 14. Схема для расчета кинетической
удельной энергии
1.
Удельная энергия епол равна геометрической высоте точки жидкости над координатной плоскостью.
2 Удельная энергия давления. От уровня точки А выводится пьезометр
3. Удельная энергия скоростного напора жидкости - екин
Следовательно, удельная энергия жидкости
5. Гидравлика трубопроводов
Участок магистрали (трубопровода), соединяющий насос с резервуаром (баком), принято называть всасывающей магистралью (линией); участок трубопровода, по которому жидкость от насоса поступает в гидравлический двигатель, — напорный (рабочий или нагнетательный), и участок трубопровода, по которому жидкость отводится из нерабочей полости гидравлического двигателя в резервуар, называется сливной магистралью. К напорной магистрали относятся также все трубопроводы, находящиеся под рабочим давлением.
5.1. Расчет сечения трубопровода
Расход Q жидкости через данный трубопровод, площадь f его сечения и средняя по сечению скорость u течения жидкости связаны соотношением
Сечения прочих каналов гидроагрегатов, по которым течет жидкость, рассчитываются на основе закона неразрывности потока (постоянства расхода), согласно которому расходы в различных сечениях потока при установившемся движении одинаковы:
или
где
и1
и
и2
—
средние скорости потока в сечениях f1
и
f2
каналов.
При выборе величины скорости потока (течения жидкости) в трубопроводе и каналах арматуры необходимо учитывать, что повышение скорости приводит к увеличению сопротивления (потерь) систем, а снижение — к увеличению веса трубопроводов и арматуры. Увеличение площади поперечно сечения каналов (трубопроводов) приводит к неблагоприятным конструкциям элементов гидропривода, а также повышает влияние сжимаемости жидкости, что ухудшает характеристики привода по показателям жесткости. Допустимая скорость течения жидкости является также функцией рабочего давления.
На основании практических данных можно рекомендовать для напорных трубопроводов следующие величины скоростей:
Давление в кГ/см2 ………..............10 25 50 100 150 200
Допустимая скорость жидкости
в см/сек ………………………..130 200 300 450 550 600
В гидросистемах станков при коротких трубопроводах (l/d < 100, где l и d – соответственно длина и диаметр сечения трубопровода) скорость жидкости обычно находится с следующих пределах (в м/сек):
Всасывающие трубопроводы……………………..0,5 – 1,5
Сливные трубопроводы открытых систем…………..2
Нагнетательные трубопроводы……………..……… 3-5
Для длинных трубопроводов (l/d > 100) эти данные уменьшают на 30 – 50%.
В общем случае скорость выбирают такой, чтобы потери напора в трубопроводе не превышали 5 – 6 % рабочего давления.
В авиационных гидросистемах скорости в напорной и сливной магистралях доводят до 30 м/сек.
Скорости (в м/сек) движения жидкости по рекомендации некоторых иностранных фирм следующие:
Магистраль:
всасывающая………………………………………….1,2
сливная…………………………………………………2
нагнетательная при давлении в кГ/см2:
25…………………………………………………...3
50…………………………………………………...4
100…………………………………………………...5
150……………………………………………….более 5
Скорости применяемые в общем машиностроении США, приведены ниже.
Элементы гидросистемы Скорость
в м/сек
Линия всасывания диаметром 12,7 – 25,4 мм………………..0,6-1,2
То же диаметром больше 32 мм…………………………………1,5
Линия нагнетания диаметром от 12,7 до 50,8 мм ……………...3,0
То же диаметром больше 50 мм…………………………………3,6
Клапаны управления и прочие короткие участки с зажатым
сечением………………………………………………………6,0
Переливные и предохранительные клапаны…………………...30,0