Местные сопротивления

 

Участки потока, в пределах которых наблюдается изменение конфигурации, называют местными сопротивлениями.

Местные потери напора возникают в местах изменения конфигурации потока. Если местные сопротивления расположены на горизонтальном участке трубопровода постоянного сечения, то потери напора будут равны разности показаний пьезометров, установленных по обе стороны местного сопротивления:

 

 

Местными сопротивлениями являются переходные муфты (переходы), стандартные колена, повороты на различный угол, внезапные или плавные сужения и расширения, диафрагмы, задвижки, вентили, краны и пр.

Местные сопротивления – это потери напора при изменении сечения потока.

1. Внезапное расширение

2. Внезапное сужение

n - соотношение площадей в узком и широком сечениях трубы

3. Диффузор – плавное расширение участка трубы

 

 

 

	0,08	0,16	0,35	0,80	0,95	1,07

 

4. Конфузор – постепенное сужение трубопровода

 

- угол сходимости

 

График зависимости от

 

 

	0,4	0,25	0,20	0,20	0,30	0,40	0,60

 

 

Значение КМС для прямых тройников и крестовин

 

Характер местного сопротивления	КМС
Тройники: на проходе на повороте	1,5
Тройники на противопотоки: при делении потоков при слиянии потоков
Крестовины: на проходе на повороте

 

Значения в зависимости от h.

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	0,41	0,4	0,38	0,36	0,34	0,3	0,23	0,2	0,16

 

Значения КМС для вентилей, кранов и задвижек.

Наименование арматуры	Значения при трубы, мм
Вентиль обыкновенный
Кран проходной					-	-
Задвижка	-	-	-	-	-	0,5

Лекция 8

 

Порядок составления уравнения Бернулли

 

1. Выбрать положение плоскости сравнения.

2. Определить расчётные сечения так, чтобы они включали наименьшее число неизвестных величин и обязательно содержали величину давления и скорости.

3. Написать уравнение:

левая часть – первое сечение, правая часть – левое сечение.

4. Помнить, что дополнительный член, характеризующий потерю энергии, всегда записывается в правой части уравнения.

 

ЗАДАЧА

 

Вода при температуре 20⁰С (ν = 10^-6м²/с) вытекает из верхнего бака в нижний с расходом 10 л/с через трубопровод длиной 100 м и диаметром 100 мм. Труба имеет 4 резких поворота (ξ_пов = 1,2) и один вентиль(ξ_в = 4).Найти разность уровней в баках, если к_э= 0,06 мм, ξ_вых=1,0 ξ_вх=0,5

 

Лекция 9.

Гидравлический удар в трубопроводе

 

Гидравлический удар – это резкое повышение давления жидкости, происходящее при быстром закрытии отверстий трубопровода.

При гидравлическом ударе происходит внезапный переход кинетической энергии потока в потенциальную.

При остановке жидкости живая сила её не пропадает, а расходуется на работу деформаций: сжатия жидкости и растяжения стенок трубы.

Гидравлический удар, являющийся одним из видов неустано­вившегося движения жидкости, может возникнуть при внезапной остановке насосов, закрытии быстродействующих кранов, задвижек и в других случаях мгновенного перерыва подачи жидкости. При этом возникают удары и сотрясения стенок труб, которые могут приве­сти к повреждению соединений и разрыву трубопроводов, если не приняты предохранительные эксплуатационные мероприятия.

Осо­бенно значительные повреждения возникают при длинных трубо­проводах, больших скоростях υ; и наличии в жидкости пузырьков воздуха —воздушных подушек.

 

Знаменитую формулу Н. Е. Жуков­ского (1898 г.) для определения величины р повышения давления при гидравлическом ударе в окончательном виде:

 

(9.1)

где - скорость в трубе до гидравлического удара;

- скорость распространения ударной волны;

- плотность жидкости;

и - модули упругости жидкости и материала стенок трубы;

- толщина стенок трубы;

- давление при гидравлическом ударе.

 

Резкое повышение давления в начальный момент имеет место у запорного приспособления, а затем со скоростью распространения ударной волны V, повышение давления перемещается к началу трубопровода, после чего колебательный процесс продолжается в обратном порядке и постепенно затухает. В коротких трубопро­водах периоды колебаний давлений составляют доли секунды.

 

Зависимость скорости распространения ударной волны от диаметра труб.

 

Диаметр трубы ,мм
Скорость ударной волны , м/сек

 

Предохранение труб от гидравлического удара:

1. Медленное закрытие отверстий.

2. Предохранительные клапаны.

3. Воздушные колпаки.

4. Обратные клапаны.

Гидравлический таран

(автоматически действующий насос)

 

Явление гидравлического удара может найти полезное применение при необходимости подкачки воды в верхние этажи, особенно при небольших расходах воды и в установках сельскохозяйственного назначения. Осуществляется это водоподъемником, называемым гидравлическим тараном, действующим на принципе использования энергии удара воды и поэтому не требующим установки особого двигателя.

Уравнение работы таранной установки имеет вид:

 

(9.2)

 

 

где - расход воды, подаваемой в напорный бак;

- расход воды в подводящей трубе;

- высота падения воды;

- геометрическая высота нагнетания;

- к.п.д. тарана.

Из вышеприведенного уравнения определится к.п.д. установки:

 

(9.3)

 

 

Зависимость от величины отношения

Отношение напоров
К.п.д. тарана , %

 

Лекция 10

Истечение жидкости из отверстий и насадок.

В санитарно-технической монтажной и эксплуатационной практике трудно встретить аппарат или установку, в которых не приходилось бы решать задач, в той или иной степени связанных с истечением жидкости. С этими задачами приходится встречаться при определении расхода и скорости жидкости при протекании ее через отверстия разных форм и через короткие патрубки, назы­ваемые насадками.

В расчетах, связанных с созданием дальнобойных, компактных струй (пожарные брандспойты, гидромониторы), воздушных завес, слива жидкостей из баков и резервуаров, а также при разработке форм сопел, выпускаемых насадок (зонтов), форсунок, широко применяют зависимости, установленные при исследовании явлений истечения жидкости, начатые еще работами Еванджелиста Тори­челли (1608— 1647), известного итальянского ученого, ученика Галилея.

1.Истечение жидкостей при постоянном напоре

Сделаем в тонкой стенке резервуара, в котором поддерживается постоянное давление р, очень небольшое круглое отверстие пло­щадью .

Обозначим скорость истечения жидкости из отверстия через v. Скорость движения жидкости в са­мом резервуаре при очень малом со­отношении площадей отверстия f₀ и резервуара F даже при незначительном удалении от отверстия будет настолько ничтожна, что мож­но без большой погрешности при­нять ее равной нулю. Выберем два сечения, из которых сечение 1-1 удалено от боковой стенки резерву­ара, а сечение 2-2 находится после выхода струи из отверстия в сечении, где наблюдается параллелеструйное течение. Напишем уравнение Д. Бернулли для реальной жидкости с учетом потерь напора при истечении через отверстие:

 

(10.1)

где - КМС отверстия.

 

При истечении жидкости из отверстия на некотором расстоянии от него происходит сжатие струи. Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия струи представляющим собой отношение площади сжатого сечения струи f_сж к площади отверстия f₀

(10.2)

Коэффициент сжатия струи зависит от числа Рейнольдса, воз­растая с его понижением. Кроме того, на него оказы­вают влияние соседние с отверстием стенки резервуара и так называемая степень сжатия п отверстия. Под степенью сжатия отверстия следует понимать отношение площади отверстия f₀ к пло­щади сечения резервуара F:

(10.3)

Если отверстие расположено близко от боковой стенки, то по­лучается несовершенное сжатие и значение коэффициента не­сколько повышается.

При истечении водыиз больших резервуаров через малые отвер­стия значения находятся в пределах 0,61—0,63.

Фактический расход жидкости с учетом коэффициента сжатия струи определяют по формуле:

(10.4)

 

При истечении жидкости из малых отверстий, сделанных в тон­кой стенке, принимается равным 0,60.

(10.5)

где - коэффициент скорости,

 

При коэффициенте скорости получим известную формулу Торричелли:

 

(10.6)

где - коэффициент расхода, =0.6;

- площадь живого сечения отверстия;

H – напор (высота столба жидкости).