Явление гидравлического удара
9.2. Явление гидравлического удара
Явление гидравлического удара возникает при резком изменении скорости движения жидкости в трубопроводе (вплоть до его мгновенного закрытия). В таких случаях происходит переход кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию покоящейся жидкости. Однако такой переход не мгновенный, а протекает с определённой скоростью, зависящей от свойств жидкости и материала трубопровода. Кроме того, этот процесс носит волновой характер. Покажем на простом примере, что гидравлический удар - процесс колебательный, т.е. волновой.
Резервуар А соединён с трубопроводом длиной /, на конце трубопровода установлена задвижка. Размеры резервуара таковы, что при отборе жидкости из него уровень жидкости в резервуаре практически не понижается. Также для упрощения модели пока будем считать саму трубу недеформируемой. Примем за начало отсчёта точку О, расположенную на оси трубы в плоскости задвижки. Если потерями напора на трение при движении жидкости пренебречь, то пьезометрическая линия будет горизон тальной. Если бы жидкость была несжимаемой, то при резком закрытии задвижки
мгновенно остановилась бы вся масса жидкости находящаяся в трубе, что вызвало бы мгновенный рост давления во всей жидкости. На самом деле в упругой жидкости процесс будет развиваться иначе. В момент резкого закрытия задвижки остановится только тонкий слой жидкости, непосредственно примыкающий к задвижке, остальная масса жидкости
будет продолжать движение За бесконечно малый промежуток времени (длительность процесса остановки) остановится масса жидкости в объеме первого тонкого слоя.
где: - - толщина тонкого слоя жидкости,
S - площадь внутреннего сечения трубы.
Если обозначить давление в точке О до закрытия затвора через, а черездав-
Рекомендуемые материалы
ление после мгновенного закрытия задвижки, то по теореме об изменении количества движения можно вычислить
или: где:
Или;
Затем в следующий момент времени остановится следующий слой жидкости, потом третий и т.д. Так постепенно увеличенное давление у задвижки распространится по всему
трубопроводу в направлении против течения жидкости Тогда величинапредстав-
Вам также может быть полезна лекция "Часть 14".
ляет собой скорость распространения упругой (ударной) волны. По истечении времени
вся жидкость в трубопроводе станет находиться в сжатом состоянии. Но теперь возник перепад давления между жидкостью в резервуаре и жидкостью в трубе, в результате чего начнётся движение упругой жидкости из трубопровода обратно в резервуар. По истечении
такого же временного интервала, давление жидкости у задвижки понизится на величину, т.е достигнет первоначального значения. При этом процесс движения жидкости в резервуар будет продолжаться, пока пониженное давление не распространится до конца трубопровода (до резервуара). Таким образом, давление у задвижки буде сохраняться на
постоянном уровне в течение времени, а продолжительность всего цикла гидравлического удара будет равна. За это время давление у задвижки в течение половины этого
времени будет максимальным , в течение другой половины времени - минималь-
ным