Гидравлика

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Гладкие и шероховатые трубы

этот подслой, и жидкость в пределах этого подслоя плавно обтекает выступы шероховатости. В этом случае шероховатость стенок не влияет на особенности движения, и соответственно потери напора не зависят от шероховатости.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Гладкие и шероховатые трубы

 Гидравлически гладкие трубы –

трубы, в которых потери напора не зависят от шероховатости труб.

 Если высота выступов шероховатости превышает толщину вязкого подслоя δв , неровности стенок выходят в пределы турбулентного ядра, поток обтекает выступы с отрывом, сопровождающимся интенсивным перемешиванием молей жидкости. В этом случае потери напора зависят от шероховатости.

 Гидравлически шероховатые трубы – трубы, в которых потери напора зависят от шероховатости.

 В третьем случае, являющемся промежуточным, абсолютная высота выступов шероховатости примерно равна толщине вязкого подслоя.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Пять областей сопротивления

 Были проведены многочисленные экспериментальные исследования по изучению зависимости коэффициента Дарси λ от числа Rе и относительной шероховатости труб.

Установлено 5 различных областей сопротивления при напорном движении жидкости в трубах:

1-я область - ламинарный режим движения, λлам = f(Rе), Rе <2300;

2-я область - переход от ламинарного к турбулентному режиму,

Rе = 2300-4000;

3-я область - турбулентный режим, гидравлически гладкие трубы, λгл = f(Rе).

4-я область – турбулентный режим (переходная область между областью гидравлически гладких труб и квадратичной областью),

λпер = f( Rе, Δ/d).

5-я область – турбулентный режим, квадратичная область сопротивления, λкв = f(Δ/d), λкв ≠ f(Rе).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

График для определения коээффициента Дарси

 Многими учеными проведено экспериментальное изучение движения жидкости в этих пяти областях.

 В результате экспериментов получены формулы для определения коэффициента Дарси для каждой области сопротивления при напорном движении жидкости в трубах. Эти формулы приводятся в справочниках и учебниках по гидравлике.

 Существует сводный график для определения коэффициента Дарси λ в зависимости от числа Rе и шероховатости .

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Местные потери напора

Общая формула для определения местных потерь напора называется формулой Вейсбаха и имеет вид:

где ξм – безразмерный коэффициент местного сопротивления.

При течении вязкой жидкости на коротких участках, непосредственно примыкающих к конструктивным элементам труб, происходит изменение вектора средней скорости. Причиной изменения средней скорости является изменение геометрии границ потока (изменение площади сечения) или изменение направления движения жидкости.

Происходят изменения кинематических параметров. В пределах таких участков движение жидкости неравномерное. Часть удельной энергии (напора) затрачивается на преодоление сопротивлений движению жидкости.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Местные потери напора

Для большинства местных сопротивлений приведенные в справочной литературе коэффициенты потерь найдены экспериментально.

Приведем примеры некоторых типичных случаев местных гидравлических сопротивлений при турбулентном режиме и напорном движении жидкости: внезапное расширение трубы, выход из трубы в неподвижную жидкость, постепенное расширение, внезапное сужение, постепенное сужение (конфузоры), поворот, диафрагма, задвижка, кран, обратный клапан с сеткой.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Лекция 4

Гидравлика

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Истечение жидкости через отверстия

 Рассмотрим истечение жидкости через малое незатопленное отверстие с острой кромкой. Глубина погружения центра тяжести отверстия под свободной поверхностью равна Н (напор).

 Истечение происходит при постоянном напоре, т.е. уровень жидкости в резервуаре неизменный. Это возможно, если свободная поверхность занимает большую площадь или, если в резервуар подается такой же расход жидкости, что и вытекает через отверстие.

 При постоянном напоре скорости истечения будут неизменными во времени, т.е. движение будет установившимся.

 Малым отверстием называют такое, у которого наибольший вертикальный размер d не превышает 0,1Н.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Истечение жидкости через отверстия

 Свободная поверхность жидкости в резервуаре находится под давлением ро . Истечение происходит в газовую среду с давлением рс.

 Траектории частиц при приближении к отверстию искривляются. Действующая центробежная сила направлена внутрь формирующейся струи.

 Ближайшее к отверстию сечение струи, в котором движение может быть принято плавно изменяющемся, находится на расстоянии примерно 0,5d от внутренней поверхности стенки резервуара. Это сечение называют сжатым сечением

струи. Скорости во всех точках сжатого живого сечения можно считать параллельными и в силу малости отверстия одинаковыми.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Истечение жидкости через отверстия

 Коэффициент сжатия – это отношение площади сжатого живого сечения ωс к площади отверстия ω :



ε = ωс/ω



 Для случая истечения жидкости выводятся формулы для определения скорости и расхода жидкости с помощью уравнения Бернулли.

 Уравнение Бернулли составляется для сечений, движение в которых можно считать плавно изменяющимся. Выберем сечение А-А по свободной поверхности жидкости в резервуаре и сжатое сечение струи С-С. Горизонтальную плоскость сравнения удобно провести через центр сжатого сечения.