- •1. Предмет гидравлики, основные понятия и методы
- •2. Основные физические свойства жидкостей. Идеальная и реальная жидкости
- •3. Определение вязкости жидкости. Вискозиметр Стокса.
- •4. Свойства жидкости. Капиллярность.
- •5. Эксплуатационные свойства рабочих жидкостей.
- •6. Изменение характеристик рабочих жидкостей в процессе эксплуатации
- •7. Силы, действующие в покоящейся жидкости.
- •8. Свойства гидростатического давления.
- •9. Основное уравнение гидростатики.
- •10. Закон Паскаля. Его техническое применение.
- •11. Приборы для измерения давления.
- •12. Системы отсчета давления (шкалы давления)
- •13. Закон Архимеда. Плавание тел.
- •14. Гидростатический парадокс.
- •15. Виды движения (течения) жидкости. Основные понятия траектория, линия тока, трубка тока, элементарная струйка.
- •16. Типы потоков жидкости, характеристики потоков: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход, средняя скорость.
- •17. Уравнение неразрывности для элементарной струйки жидкости, потока жидкости в гидравлической форме.
- •18. Уравнение неразрывности движения жидкости.
- •19. Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости.
- •20. Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли.
- •21. Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли.
- •22. Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости.
- •23. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости.
- •24. Два режима течения жидкости, критерий Рейнольдса.
- •5.1. Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости.
- •5.2. Физический смысл числа Рейнольдса
- •25. Возникновение турбулентного и ламинарного течения жидкости.
- •26. Связь давления и скорости в потоке
- •27. Сопротивление потоку жидкости.
- •28. Гидравлические потери по длине.
- •29. Ламинарное течение жидкости.
- •30. Вязкое трение при турбулентном движении жидкости.
- •31. Турбулентное течение в шероховатых трубах.
- •32. Гидравлические сопротивления в потоках жидкости
- •33. Классификация потоков жидкости. (спросить у препода)
- •34. Виды местных сопротивлений Внезапное расширение.
- •Внезапное сужение потока
- •Постепенное расширение потока
- •Постепенное сужение потока
- •35. Внезапное расширение потока. Теорема Борда – Карно. Внезапное расширение.
- •36. Внезапное сужение потока. Внезапное сужение потока
- •37. Гидравлические потери в диффузоре, конфузоре и при повороте потока.
- •38. Гидравлические потери по длине
- •39. Классификация трубопроводов
- •40. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке.
- •41. Истечение жидкости через насадки.
- •42. Гидравлический удар в трубопроводах. Меры предупреждения.
- •43. Скорость распространения гидравлической ударной волны в трубопроводе.
- •44. Определение потерь при движении жидкости.
- •45. Причины возникновения местных сопротивлений.
- •46. Явление кавитации и борьба с ним.
- •47. Истечение жидкости через цилиндрический насадок.
- •5.5. Истечения через отверстия и насадки при переменном напоре (опорожнение сосудов)
- •48. Зависимость коэффициента Кориолиса от числа Рейнольдса.
5.2. Физический смысл числа Рейнольдса
Физический смысл числа Рейнольдса заключается в смене режимов течения жидкости. В настоящее время не существует строгого научно доказанного объяснения этому явлению, однако наиболее достоверной гипотезой считается следующая: смена режимов движения жидкости определяется отношением сил инерции к силам вязкости в потоке жидкости. Если преобладают первые, то режим движения турбулентный, если вторые - ламинарный. Турбулентные потоки возникают при высоких скоростях движения жидкости и малой вязкости, ламинарные потоки возникают в условиях медленного течения и в вязких жидкостях.
25. Возникновение турбулентного и ламинарного течения жидкости.
Происходит при изменении диаметра трубопровода, изменении скорости движения жидкости, при изменении формы потока жидкости. - ТУРБУЛЕНТНЫЙ.
При прохождении жидкостью участков трубопровода с другой геометрией (изгибы, соединения труб, гидроаппараты). - ЛАМИНАРНЫЙ.
26. Связь давления и скорости в потоке
Связь давления и скорости в потоке жидкости — обратная: если в каком-то месте потока скорость увеличивается, то давление здесь малó, и, наоборот, там, где скорости невелики, давление повышенное. Эту закономерность объясним на основе уравнения Бернýлли.
Рассмотрим работу водоструйного насоса (см. рис. 11). На подходе по нагнетательному трубопроводу 1 поток рабочей жидкости имеет относительно небольшую скорость v1 и высокое избыточное давление pизб1. Проходя через соплó 2, поток сужается, скорость его резко возрастает до v2. Для дальнейших рассуждений запишем уравнение Бернýлли так:
.
Здесь нет z1 и z2, так как труба горизонтальная, а величиной потерь напора H 0 пренебрегаем. Так как в правой части уравнения кинетическая составляющая энергии потока резко возросла из-за увеличения v2, то потенциальная составляющая, связанная с избыточным давлением после соплá pизб2, наоборот, уменьшится. Величину pизб2 можно выразить из этого уравнения и найти численное значение. Если pизб2 получается отрицательным, то, значит, возник вакуум (полное давление в струе стало меньше атмосферного). В последнем случае пьезометрическая линия опустится ниже отметки самой струи (см. рис 11).
Таким образом в струе рабочей жидкости после соплá образуется область пониженного давления или даже вакуум, что вызывает подсос транспортируемой жидкости по всасывающему трубопроводу 3 (см. рис. 11). Далее обе жидкости смешиваются в горловине 4 и транспортируются по отводящему трубопроводу 5.
Водоструйные насосы не имеют трущихся частей, в этом их преимущество перед механическими. По их принципу работают также эжекторы, гидроэлеваторы, насосы для создания вакуума.
27. Сопротивление потоку жидкости.
Гидравлическая жидкость в гидросистемах технологического оборудования, как уже обсуждалось ранее, играет роль рабочего тела. Она обеспечивает перенос энергии от источника гидравлической энергии к потребителю (в большинстве случаев, к гидродвигателю). Для такого переноса используются напорные потоки. В подобных потоках жидкость со всех сторон ограничена твёрдыми стенками трубопроводов, каналов гидроаппаратов и полостей гидромашин. В дальнейшем мы будем ориентироваться именно на такие случаи, хотя аналогичные процессы сопровождают и движение безнапорных потоков.
Естественно, что твёрдые стенки препятствуют свободному движению жидкости. Поэтому при относительном движении жидкости и твердых поверхностей неизбежно возникают (развиваются) гидравлические сопротивления. На преодоление возникающих сопротивлений затрачивается часть энергии потока. Эту потерянную энергию называют гидравлическими потерями удельной энергии или потерями напора. Гидравлические потери главным образом связаны с преодолением сил трения в потоке и о твёрдые стенки и зависят от ряда факторов, основными из которых являются:
геометрическая форма потока,
размеры потока,
шероховатость твёрдых стенок потока,
скорость течения жидкости,
режим движения жидкости (который связан со скоростью, но учитывает её не только количественно, но и качественно),
вязкость жидкости,
некоторые другие эксплуатационные свойства жидкости.
Но гидравлические потери практически не зависят от давления в жидкости.
Величина гидравлических потерь оценивается энергией, потерянной каждой весовой единицей жидкости. Из уравнения Бернулли, составленного для двух сечений потока, обозначенных индексами 1 и 2 потери энергии потока жидкости можно представить как
.
Напомним, что в этом уравнении - энергия единицы веса жидкости, движущейся в поле сил тяготения,
- потенциальная энергия единицы веса жидкости, зависящая от её положения над уровнем нулевого потенциала (линией отсчёта),
- потенциальная энергия единицы веса жидкости, зависящая от степени её сжатия (от давления),
- давление в потоке жидкости,
- плотность жидкости,
- кинетическая энергия единицы веса потока жидкости,
- коэффициент кинетической энергии,
- средняя скорость потока жидкости,
- ускорение свободного падения.
Е сли учесть, что труба в обоих сечениях 1 и 2имеет одинаковые площади поперечных сечений, жидкость является несжимаемой и выполняется условие сплошности (неразрывности) потока, то, несмотря на гидравлические сопротивления и потери напора, кинетическая энергия в обоих сечениях будет одинаковой. Учтя это, а также то, что при больших давлениях в напорных потоках и небольшой (практически нулевой) разнице нивелирных высот Z1и Z2, потери удельной энергии можно представить в виде
.
Опыты показывают, что во многих (но не во всех) случаях потери энергии прямо пропорциональны квадрату скорости течения жидкости, поэтому в гидравлике принято выражать потерянную энергию в долях от кинетической энергии, отнесённой к единице веса жидкости
,
где - коэффициент сопротивления.
Таким образом, коэффициент сопротивления можно определить как отношение потерянного напора к скоростному напору.
Гидравлические потери в потоке жидкости разделяют на 2 вида:
потери по длине,
местные потери.