- •Міністерство освіти і науки україни
- •Вступна лекція. Попередні поняття……………………………………….…….….3
- •Основне рівняння гідростатики……………………………………….…......14 Геометричний зміст основного рівняння гідростатики…………………….15
- •Гідравлічні характеристики трубопроводів………………………..………72
- •Текст лекцій з дисципліни гідрогазодинаміка Вступна лекція. Попередні поняття.
- •Зведене рівняння системи диференціальних рівнянь Ейлера.
- •Основне рівняння гідростатики
- •Поверхні рівного тиску.
- •2. Гідрогазодинаміка
- •Струминна модель потоку
- •Диференціальні рівняння руху ідеальної рідини.
- •Рівняння Бернуллі для потоку нестисливої рідини.
- •Основне рівняння рівномірного руху
- •Спроектуємо зазначені сили на вісь руху
- •Режими руху рідини
- •Закони ламінарного руху рідини
- •Закон залежності втрати напору за довжиною від геометричних і гідродинамічних параметрів потоку
- •Турбулентний рух рідини
- •Пристінний шар і ядро течії
- •Закон розподілу швидкості в ядрі потоку
- •Орієнтовно для сталевих труб n можна приймати в межах 0,01 - 0,013;
- •3. Гідравлічні розрахунки трубопроводів
- •Гідравлічний розрахунок довгого (він же простий) трубопроводу.
- •То буде здійснюватись тільки шляхова витрата рідини. При цьому
- •Гідравлічні характеристики трубопроводів.
- •Гідравлічні розрахунки елементів складних трубопроводів.
- •Просте відгалуження (вилка).
- •Тоді показання манометра (153)
- •Гідравлічний удар в трубах.
- •Витікання рідини крізь отвори і насадки
- •Витікання рідини крізь великі отвори в тонкій стінці.
- •Витікання рідини крізь отвори в тонкій стінці під рівень
- •Витікання рідини крізь насадки
- •Витікання рідини при змінному напорі
- •Витікання стисливої рідини (газу) з отворів
- •Основи гідродинамічної теорії подібності
- •Питання для самоперевірки знань.
- •Список рекомендованої літератури Основна література
- •Додаткова література
Гідравлічний удар в трубах.
Гідравлічним ударом називається підвищення або зниження тиску рідини у трубопроводі, спричинене раптовою зміною швидкості руху рідини.
Як показали досліди зменшення швидкості руху рідини в трубопроводі на один метр за секунду приводить до збільшення тиску приблизно до десяти атмосфер.
Гідравлічний удар в трубах виникає у водопровідних трубах при швидкому закриванні або відкриванні запірних пристроїв. Гідравлічний удар іноді приводить до розриву стінок трубопроводу.
Теоретично явище гідравлічного удару вперше обґрунтував і запропонував метод його розрахунку у 1898 р. професор М.Є. Жуковський.
Розглянемо гідравлічний удар на прикладі найпростішої схеми.
В трубопроводі рухається вода зі сталою швидкістю v під сталим напором води Н в ємності.
Біля відкритої засувки тиск р і швидкість руху води v. При миттєвому закриванні засувки рух рідини біля засувки припиняється, а тиск різко підвищується на величину Δр. За елементарний проміжок часу ΔТ підвищення тиску пошириться на довжину ΔL. Тобто за час ΔТ елементарна маса рідини (ΔF ΔL∙ρ), що рухалась до закриття засувки зі швидкістю v, припинить свій рух, але тиск біля засувки і на всій елементарній довжині ΔL буде р+ Δр.
Рис. 56
Кількість руху цієї елементарної маси рідини до миттєвого закриття засувки, яка рухалась зі швидкістю v буде ρ F ΔL∙ v.
Після проходження хвилі підвищеного тиску за час ΔТ швидкість руху рідини цієї елементарної маси дорівнює нулю. Тоді зміна кількості руху буде дорівнювати імпульсу сили , (163)
тобто ρ F ΔL v = ,
звідки (164)
де
C − швидкість розповсюдження ударної хвилі, яка дорівнює швидкості розповсюдження звуку в рідині;
v − швидкість руху рідини до закриття засувки;
Δр − підвищення тиску;
ρ − густина рідини.
Для визначення швидкості поширення ударної хвилі виводиться формула з урахуванням особливості води і деформації стінки трубопроводу.
, (165)
де − швидкість поширення звуку в рідині (1425 м/сек.);
Ер − модуль пружності рідини;
Етр − модуль пружності матеріалу труби;
d − діаметр трубопроводу;
δ − товщина стінки труби.
При миттєвому закриванні засувки здійснюється так званий прямий гідравлічний удар. Час, протягом якого ударна хвиля, що виникла біля засувки крана дійде до напірної місткості, відіб’ється від неї і повернеться назад до засувки називається фазою ударної хвилі
. (166)
Якщо тривалість закривання запірного пристрою більше фази ударної хвилі (t > T), то виникає непрямий гідравлічний удар, сила якого менша ніж прямого.
Підвищення тиску при непрямому гідравлічному ударі наближено можна визначити за формулою
. (167)
Застосовуються спеціальні клапани - гасники гідравлічних ударів, які автоматично відкриваються при збільшенні або зниженні тиску проти нормального і скидається частина води з трубопроводу; при цьому тиск знижується.