Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е. - Гидравлические и пневматические системы. ч.2 Гидравлические приводы и системы. Основы (1053469), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Рис. 2.19. Зависимость потери давления по длине трубы от скорости и расхода Для гидросистем, в которых расход жидкости зависит от потерь давления, следует избегать режимов течения, при которых числа Рейнольдса Ке = 2 200 — 2 500 ввиду неустойчивости такого течения и возможности появления в системе колебательных процессов.
Анализируя приведенные зависимости можно отметить следующие три области значений Ке и И/А отличающиеся друг от друга характером изменения коэффициента Х, Первая область — область малых значения Ке и больших значений г)/л, где коэффициент Х„от шероховатости не зависит, а определяется лишь числом Ке; это область гидравлически гладких труб. Во второй области коэффициент).,зависит одновременно от двух параметров — числа Ке и отношения И/Ь.
Третья область — область больших Ке и малых ~)/л, где (при достижении некоторого предельного значения Ке„,) коэффициент 2., не зависит от Ке, а определяется лишь отношением И/Ь. Эту область называют областью автомодельности, или режимом квадратичного сопротивления, так как независимость коэффициента Х, от Ке означает, что потеря давления пропорциональна скорости во второй степени (см. формулу Вейсбаха — Дарси). Для практических расчетов по определению потерь в трубах можно воспользоваться формулой А.Д. Апьт- шуля 2.4. Основы гидродинамики Местные гидравлические потери. К местным сопротивлениям относят короткие участки трубопроводов, в которых происходит деформация потока, т.е. изменение скоростей движения жидкости по величине и/или направлению.
Простейшими местными гидравлическими сопротивлениями являются: в расширение потока; в сужение потока; в поворот потока. Большинство местных сопротивлений, включая гидравлическую арматуру (вентили, краны, клапаны), представляет собой комбинации простейших местных сопротивлений. Как правило потери в местных сопротивлениях вызваны вихреобразованием и подсчитываются по формуле Вейсбаха г Ь 2я или где о — средняя скорость жидкости в трубе, в которой установлено данное местное сопротивление. Из-за сложности процессов, происходящих в местных гидравлических сопротивлениях, теоретически найти Г, удается только в отдельных случаях, большинство же значений этого коэффициента получено в результате экспериментальных исследований (рис.
2. 20). Рис. 2.20. Потери в простейших местных сопротивлениях Приведенная потеря давления учитывает лишь дотюлнительное сопротивление, обусловленное кривизной русла, поэтому при расчете трубопроводов, содержащих отводы, следуетдлины этих отводов включать в общую длину трубопровода, по которой рассчитывается потеря на трение. а затем к этой потере на трение нужно добавить дополнительную потерю от кривизны, определяемую Ц . 2. Физические основы функционирования гидроснстем В гкдравлических системах достаточно часто встречаются постепенное сужение потока, называемое конфузором и постепенное расширение потока, называемое диффузором.
Эти местные сопротивления могут иметь достаточно большие длины, поэтому кроме потерь из-за вихреобразования, вызванного изменением геометрии потока, в них учитываются потери давления на трение по длине. Расчет потерь в конфузорах и диффузорах приводится в справочной литературе. Коэффициенты потерь для прямоугольных тройников представлены на рис.
2.21. Рис. 2.21. Коэффициенты ~, для прямоугольных тройников Общая потеря напора в магистрали равна сумме потерь в отдельных ее компонентах. При практических расчетах трубопроводов потерями, вызванными взаимным влиянием друг на друга близко расположенных местных сопротивлений, обычно пренебрегают. Энергия, теряемая жидкостью во время течения, не исчезает бесследно, а превращается в другую форму — тепловую.
Процесс преобразования механической энергии в тепловую является необратимым, т.е. таким„обратное течение которого (превращение тепловой энергии в механическую) невозможно. 2.4.б. Течение жидкости в коротких каналах с дросселироввнием потока' Особенностью течения жидкости через короткие каналы, например, отверстия или щели в тонкой стенке (диафрагму), является то, что запас потенциальной энергии жидкости в процессе течения превращается в основном в кинетическую энергию струи.
Такой вид течения является одним из наиболее распространенных в гидроаппаратах. Под тонкой пснимают стенку такой толщины, при которой вытекающая струя соприкасается лишь с передней кромкой отверстия и не касается его боковой поверхности (рис. 2.22). Рис. 2.22. Схема течения жидкости через отверстие в тонкой стенке (дросселирующую диафрагму) * Дросселирование — протеканиежидкости, пара или газа через дроссель — местное гидродинамическое сопротивление потоку(сужение трубопровода, вентиль, кран ядр.], при котором проискодитизменениедавления и температуры.
2.4. Основы гидродинамики Опыт показывает, что длина участка, на котором происходит сжатие струи, может быть равна половине диаметра отверстия, следовательно, тонкой можно назвать стенку, толщина которой не больше диаметра отверстия: ~< г(,. Отношение площади сжатого поперечного сечения струи к площади отверстия называют коэффициентом сжатия к: Для приблизительных расчетов коэффициент сзкатия струи для случаев течения через круглое отверстие принимают равным в = 0,64. Расход Д жидкости через дросселирующее отверстие, при известном перепаде давлений Лр на нем, определяется по грюрмуле, являющейся одной из основных среди применяемых в технических приложениях при расчетах разнообразных дроссельных устройств: О=рА —, где р — коэффициент расхода; А — площадь отверстия; ар = р„— рз — перепад давления на отверстии.
Коэффициент расхода равен произведению где е — коэффициент скорости, учитывающий разницу теоретической скорости с, истечения идеальной жидкости при напоре Н и фактической скорости и реальной жидкости: где о, = /2КН. Коэффициент расхода р для конкретного дросселирующего отверстия обычно принимают по экспериментальнымм данным, представленным в зависимости от числа Рейнольдса (рис. 2.23). Рис. 2.23. Зависимость коэффициентов расхода дроссельных устройств ст числа Рейнольдса 'г1а рис.
2.23 приведены графики зависимостей р от Ке для круглого отверстия с острой кромкой (кривая 1) и дпя прямоугольного окна в гильзе гидроаппарата с цилиндрическим золотником, бурты которого имеют острые (кривая 2) и притупленные (кривая 3) кромки. При больших числах Рейнальдса коэффициент расхода отверстия с острой кромкой достигает значения, равного 0,62, и практически стабилизируется. 2. Физические основы функционирования гидросистем 2.4.7.
Кавитация Кавитацией называется образование в капельной жидкости полостей, заполненных паром, газом, или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление а жидкости становится ниже некоторого критического значения рч, (в реальной жидкости р„р приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация называется гидродинамической, а если вследствие прохождения звуковых волн большой интенсивности — акустической. Гидродинамическая кавитация обычно возникает в результате местного понижения давления, вызванного возникновением больших местных скоростей в потоке.
Мельчайшие пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком и попадая в область давления р < р„р, сильна расширяются в результате того, что давление содержащегося в них пара и газа оказывается больше, чем суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В результате на участке потока с пониженным давлением, например в трубе с местным сужением, создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пу- зырьками. Выделившиеся из жидкости пузырьки пара и газа увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой пузырьки паров жидкости конденсируются и переходят в жидкое состояние, а воздушные сжимаются или полностью смыкаются. Так как сокращение кавитационного пузырька происходит мгновенно, частицы жидкости перемещаются к его центру с большой скоростью. В результате кинетическая энергия соударяющихся частиц вызывает в момент смыкания пузырьков местные гидравлические микроудары, сопровождающиеся высокими забросами давления и температуры в центрах пузырьков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
