- •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.
42. Гидравлический удар в трубопроводах. Меры предупреждения.
С точки зрения гидроаэромеханики жидкости и газы очень схожи между собой. Однако, плотность жидкости во много раз больше плотности газа. Поэтому гребные винты морских и речных судов сравнительно меньше пропеллеров самолётов - тяжёлая жидкость «работает» эффективнее, чем лёгкий воздух. По той же причине жидкость может оказаться опаснее и привести к аварии.
При внезапном перекрывании воды, давление в трубе возрастает на величину pva, где р - плотность жидкости или газа, v - скорость течения и а - скорость звука. Скорость звука в трубе с водой равна 1400 м/с, поэтому именно с такой скоростью будет распространяться повышенное давление по трубопроводу. Если где-то обнаружиться непрочный участок трубы, он будет прорван. Газ, в сравнении с жидкостью, имеет гораздо меньшую плотность, да и скорость звука в нём в несколько раз меньше, поэтому газ, даже находящийся под большим давлением, не может создать удар, подобный гидравлическому.
Гидравлический удар представляет собой явление импульсивного изменения давления, происходящее в напорных трубопроводах. Например, если резко закрыть водопроводный кран (рис. 14), то вода, движущаяся со скоростью v, вынуждена так же резко остановиться. Однако из-за наличия инерционных сил движущейся жидкости перед краном возникнет ударное повышение давления величиной p, которое начнёт распространяться со скоростью звука vзв в воде в обратную сторону и может привести к авариям на трубопроводах.
Величину p (Па) при гидравлическом ударе можно рассчитать по формуле Н.Е.Жуковского:
Δp = ρСυ0+ ρυ02.
Гидравлический удар может быть направлен и в обратную (от заслонки) сторону. Это произойдёт, если резко перекрыть воду, поток которой достаточно протяжённый. Жидкость, двигаясь по инерции, оторвётся от заслонки, а пространство между заслонкой и жидкостью заполниться водяным паром под очень низким давлением (сродни вакууму). В конечном итоге, поток жидкости под действием внешнего давления затормозится, остановится и с нарастающей скоростью двинется в противоположном направлении.
Гидравлический удар может также сыграть полезную роль. Если повреждение уже имеется, отыскать его расположение поможет небольшой гидравлический удар. Он создаст волну, бегущую по трубопроводу, которая, отразившись от места повреждения, вернётся через некоторое время. По этому времени легко определить расстояние до повреждённого участка.
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 затвора
Гидравлический удар, который происходит в этом случае – чрезвычайно интересное явление
Пусть 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 совпадают
3) 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.
Предохранительные клапаны и гасители удара предназначаются для предохранения водоводов и водопроводных сетей от разрушительного действия гидравлических ударов.
Предохранительные клапаны, применяемые в водопроводной практике, разделяются на две основные группы: 1) клапаны, применяемые при ударах, начинающихся с волны повышенного давления, — пружинные предохранительные клапаны; 2) клапаны, применяемые при ударах, начинающихся с волны тюниженного давления, — гасители удара. Предохранительные пружинные клапаны могут быть установлены в любой точке водоводов, водопроводной сети, а также на насосных станциях. Гасители удара применяются лишь в насосных станциях с центробежными электронасосами и на водоводах при них.