- •Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Основы гидравлики
- •Содержание
- •1. Рабочая программа 7
- •2. Гидростатика 10
- •3. Основы кинематики и динамики жидкости 34
- •4. Гидравлические сопротивления 51
- •5. Гидравлический расчет трубопроводов 65
- •Введение
- •1.Рабочая программа
- •Введение
- •2.Гидростатика
- •2.1.Основные физические свойства жидкости и газа.
- •2.2.Вязкость жидкости.
- •2.3.Силы, действующие в жидкости
- •2.4.Абсолютное Гидростатическое давление и его свойства
- •2.5.Дифференциальные уравнения равновесия жидкости
- •2.6.Поверхность равного давления и ее свойства
- •2.7.Основное уравнение гидростатики
- •2.8.Приборы для измерения абсолютного, манометрического давлений и давления вакуума
- •2.9.Сила давления жидкости на наклонную плоскую стенку
- •2.10.Точка приложения силы давления жидкости на плоские стенки.
- •2.11.Сила давления жидкости на криволинейные поверхности
- •2.12.Примеры и задачи
- •3.Основы кинематики и динамики жидкости
- •3.1.Основные понятия и определения гидродинамики
- •3.2.Уравнение неразрывности потока
- •3.3.Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости
- •3.4.Уравнение Бернулли для струйки и потока реальной жидкости
- •3.5.Интерпритации уравнения Бернулли
- •3.6.Примеры и задачи
- •4.Гидравлические сопротивления
- •4.1.Виды гидравлических сопротивлений
- •4.2.Ламинарное и турбулентное движение жидкости
- •4.3.Основное уравнение равномерного движения
- •4.4.Ламинарный режим движения
- •4.5.Турбулентный режим движения
- •4.6.Экспериментальные исследования коэффициента гидравлического сопротивления
- •4.7.Примеры и задачи
- •5.Гидравлический расчет трубопроводов
- •5.1.Расчет Коротких трубопроводов
- •5.1.1.Уравнение простого трубопровода
- •5.1.2.Первый тип расчета
- •5.1.3.Второй тип расчета
- •5.1.4.Третий тип расчета
- •5.2.Расчет газопроводов при малых перепадах давлений
- •5.3.Примеры и задачи
- •5.4.Расчет газопроводов при Больших перепадах давлений
- •5.5.Гидравлический удар в трубах
- •5.6.Примеры и задачи
- •6.Гидравлический расчет истечения жидкостей
- •6.1.Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке
- •6.2.Истечение жидкости через внешний илиндрический насадок.
- •8.2.Гидравлические элементы живого сечения потока в канале.
- •8.3.Основные расчетные формулы для открытых русел
- •8.4.Основные задачи при расчете трапецеидальных каналов на равномерное движение воды.
- •8.5.Расчет безнапорных труб
- •8.6.Примеры и задачи
- •9.Литература
4.Гидравлические сопротивления
4.1.Виды гидравлических сопротивлений
Рассмотрим последнее слагаемое в уравнении Бернулли h1-2 – потери напора на гидравлических сопротивлениях. Существует два вида гидравлических сопротивлений – потери напора на местных сопротивлениях hм и потери напора по длине (потери напора на трение) hд (hтр). Потери напора на местных сопротивлениях происходят тогда, когда резко меняется величина и направление средней скорости. Считается, что потеря напора происходит в том поперечном сечении, где изменяется скорость. Потери на местных сопротивлениях рассчитываются по формуле Вейсбаха:
, |
(4.0) |
v1 – скорость до местного сопротивления;
v2 – скорость после местного сопротивления;
м1 – коэффициент местного сопротивления, рассчитанный по скорости v1;
м2 – коэффициент местного сопротивления, рассчитанный по скорости v2.
Коэффициенты местных сопротивлений м1 и м2 не имеют размерности и связаны соотношением:
, |
(4.0) |
1 и 2 – площади поперечных сечений до и после сопротивления.
В большинстве случаев потери напора на местных сопротивлениях находятся по скорости после местного сопротивления v2. Но есть исключения: потери напора на выход жидкости из трубы в бак и потери напора на резкое расширение потока рассчитываются по скорости до местного сопротивления v1. В таблице приведены некоторые местные сопротивления и значения местных сопротивлений:
Таблица 1
Вход в трубу |
Резкое расширение |
Выход из трубы |
Выход в атмосферу |
|
|
|
|
вх = 0,5. |
. |
вых = 1,0. |
вых.ат = 0,0. |
Для следующих местных сопротивлений коэффициенты находятся по справочникам |
|||
Поворот трубы |
Резкое сужение |
Вытяжной тройник |
Приточный тройник |
|
|
|
|
Рассмотрим горизонтальный участок трубы, заполненный жидкостью (рис. 3.11). Если жидкость в трубе не движется, то ее взаимодействие со стенками приводится к одной равнодействующей, направленной вниз (вес жидкости). При движении жидкости между нею и стенками трубы возникают дополнительные силы сопротивления, в результате чего частицы жидкости, прилегающие к поверхности трубы, тормозятся. Это торможение вследствие вязкости жидкости передается следующим слоям, причем скорость движения частиц по мере удаления от оси трубы постепенно уменьшается. Равнодействующая сил сопротивления направлена в сторону, противоположную движению, и параллельна направлению движения. Это и есть силы гидравлического трения (сопротивления гидравлического трения).
Р ис. 4.27 – распределение скорости в трубе. |
Потери напора, затрачиваемые на преодоление сопротивления трения, носят название потерь напора на трение по длине или потерь напора по длине потока (линейные потери напора) и обозначают hтр. Потери напора на трение рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха:
, |
(4.0) |
- коэффициент гидравлического сопротивления трения;
l – длина участка трубы;
D – внутренний диаметр трубы.
Из формулы (3.33) следует, что потеря напора на трение по длине при движении жидкости в трубе возрастает с увеличением средней скорости потока и длины рассматриваемого участка трубы и обратно пропорциональна ее диаметру. Кроме того, в эту формулу входит неизвестный безразмерный коэффициент (так называемый коэффициент гидравлического трения).
Следовательно, потери напора при движении жидкости складываются из потерь напора на трение и потерь напора на местные сопротивления, т. е.
, |
(4.0) |
Определение потерь напора при движении жидкости является одной из важнейших задач гидравлики.