123006 (689332), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

(2.12)

- гидростатическое давление в центре тяжести поверхности.

Таким образом, полная сила давления на плоскую стенку равна произведению площади этой стенки на величину гидростатичес- кого давления в ее центре тяжести.

Выражение (2.11) можно представить в виде

(2.13)

где (2.14)

(2.15)

Сила представляет собой силу поверхностного давления . Поскольку давление распределено равномерно по всей площади смоченной части поверхности, его равнодействующая приложена в центре тяжести этой поверхности.

Сила обусловлена давлением самой жидкости. Сила приложена в центре давления Д, координату которого определяют по формуле

, (2.16)

где - момент инерции плоской фигуры относительно оси ОХ.

Для прямоугольника (b-ширина, h-высота фигуры), для круга диаметром d .

2.6 Сила давления жидкости на криволинейные цилиндрические поверхности

Сила давления жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность (рис.2.10) складывается из горизонтальной и вертикальной составляющих

. (2.17)

Рисунок 2.10 - Сила давления жидкости на криволинейную цилиндрическую поверхность

Горизонтальная составляющая равна силе давления жидкости на вертикальную проекцию данной стенки

(2.18)

где - расстояние от свободной поверхности жидкости до центра тяжести ее вертикальной проекции; -площадь вертикальной проекции.

Вертикальная составляющая равна весу жидкости в объеме тела давления , т.е.

. (2.19)

Объем тела давления - объем, заключенный между данной стенкой, свободной поверхностью жидкости и вертикальными плоскостями, проходящими по контуру стенки.

3 Основы гидродинамики

3.1 Основные понятия о движении жидкости. Уравнение расхода (неразрывности)

Основной задачей гидродинамики является изучение законов движения жидкости.

Движение жидкости может быть установившимся и неустановившимся.

При установившемся движении жидкости скорость и давление во всех ее точках не изменяется с течением времени . При неустановившемся движении скорость и давление жидкости изменяются во времени.

При движении частиц жидкости различают линию тока, элементарную струйку, живое сечение.

Линией тока называется линия, касательная к каждой точке которой в данный момент времени совпадает с вектором скорости (рис.3.1).

Бесконечно малый объем, ограниченный линиями тока, называется элементарной струйкой. Предполагается, что поток движущейся жидкости состоит из отдельных элементарных струек.

Живое сечение потока - это поверхность в пределах потока жидкости , перпендикулярная в каждой своей точке к вектору соответствующей местной скорости в этой точке.

Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое сечение в единицу времени. В гидравлике применяют объемный расход Q, :

(3.1)

где V-средняя скорость; S- площадь живого сечения.

При установившемся движении расход через все живые сечения потока одинаков:

. (3.2)

Выражение (3.2) называется уравнением расхода или уравнением неразрывности потока.

3.2 Уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли является основным уравнением гидродинамики. Для двух сечений потока 1-1 и 2-2 реальной жидкости при установившемся движении уравнение Бернулли имеет вид

, (3.3)

где и - геометрический напор(удельная потенциальная энергия положения) в сечениях 1-1 и 2-2,м;

и - пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия давления ) в сечениях, м;

– скоростной напор (удельная кинетическая энергия ) в сечениях, м;

, - избыточное давление в сечениях, Па;

, - средние по живому сечению трубы скорости потока в сечениях, ;

- коэффициенты кинетической энергии(коэффициенты Кориолиса) в сечениях;

- плотность жидкости, ;

-потери напора в трубе между сечениями, м.

Рисунок 3.3 – Графическая иллюстрация уравнения Бернулли

Коэффициент кинетической энергии учитывает неравномерность поля скоростей в рассматриваемом живом сечении. Величина этого коэффициента зависит от режима течения жидкости: для ламинарного течения =2, для турбулентного =1,05-1,15( ).

Все члены уравнения Бернулли в формуле (3.3) имеют линейную размерность и в энергетическом смысле представляют удельную энергию жидкости, т.е. энергию, отнесенную к единице веса жидкости.

Сумма всех трех членов + =H представляет собой полный напор в сечениях.

Графическая иллюстрация уравнения Бернулли показана на рис.3.3. Линия показывает изменение полных напоров в сечениях 1-1 и 2-2 и называется напорной линией или линией полного напора, линия - изменение пьезометрических напоров и называется пьезометрической линией.

3.3 Режимы движения жидкости

Силы вязкости в жидкости существенно влияют на величину и распределение скоростей движения жидкости, т.е. на характер ее движения.

Различают два режима движения: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме жидкость движется отдельными слоями, пульсаций скоростей и давлений не наблюдается. Турбулентный режим характеризуется неупорядоченным, хаотичным движением частиц и интенсивным перемешиванием жидкости.

Критерием для определения режима движения является безразмерное число Рейнольдса. Для труб круглого сечения число Рейнольдса определяется по формуле

, (3.4)

где V – средняя скорость жидкости; - диаметр трубы;

- кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Экспериментально определено, что режим будет ламинарным, если .

- критическое число Рейнольдса, при котором происходит переход ламинарного режима в турбулентный. Для круглых труб принимают . Если число Рейнольдса находится в области , то режим считается переходным, а при - турбулентным.

Ламинарный режим возникает в тонких капиллярных трубках, во время движения очень вязких жидкостей, при фильтрации воды в слоях грунта и др. Движение маловязких жидкостей (вода, бензин, спирт) почти всегда происходит в турбулентном режиме.

4 Гидравлические сопротивления

4.1 Общие сведения о гидравлических потерях

Движение вязкой жидкости сопровождается потерями энергии.

Потери удельной энергии (напора), или гидравлические потери, зависят от формы, размеров русла, скорости течения и вязкости жидкости.

В большинстве случаев гидравлические потери пропорциональны скорости течения жидкости во второй степени или динамическому напору и определяются из выражения

(4.1)

где - коэффициент потерь; V-средняя скорость в сечении.

Потери в единицах давления

. (4.2)

Гидравлические потери энергии обычно разделяют на местные потери и потери на трение по длине

. (4.3)

Местные потери энергии обусловлены так называемыми местными гидравлическими сопротивлениями, т.е. местными изменениями формы и размеров русла, вызывающими деформацию потока. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется ее скорость и возникают вихри.

Примером местных сопротивлений может служить задвижка (рис.4.1).

Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха

, (4.4)

где V-средняя скорость в трубе; -коэффициент местного сопротивления.

Потери на трение по длине -это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения и возрастают прямо пропорционально длине трубы (рис.4.2).

Рассматриваемые потери обусловлены внутренним трением жидкости в трубах. Потери напора при трении определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

, (4.5)

где λ – коэффициент гидравлического трения по длине или коэффициент Дарси; l – длина трубопровода; d –его диаметр; V – средняя скорость течения жидкости.

Для ламинарного режима движения жидкости в круглой трубе коэффициент определяется по теоретической формуле

, (4.6)

где число Рейнольдса.

При турбулентном режиме коэффициент зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ( -эквивалентная шероховатость) и определяется по эмпирическим формулам.

В области гидравлически гладких труб 4000 , т.е. при малых скоростях и числах Рейнольдса, коэффициент Дарси зависит только от числа Рейнольдса, и его определяют по формуле Блазиуса

. (4.7)

В переходной области ( ) на коэффициент Дарси влияют шереховатость и число Рейнольдса. В этой области для вычислений используют формулу Альтшуля

. (4.8)

В квадратичной области сопротивления (области гидравлически шероховатых труб) коэффициент может быть найден по формуле Шифринсона

. (4.9)

4.2 Местные сопротивления

В местных гидравлических сопротивлениях, вследствие изменения конфигурации потока на коротких участках, изменяются скорости движения жидкости по величине и направлению, а также образуются вихри. Это и есть причиной местных потерь напора. Местными сопротивлениями являются расширения и сужения русла, поворот, диафрагма, вентиль, кран и т.п. (рис.4.3).

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле (4.4).

При турбулентном режиме коэффициент зависит в основном от вида местного сопротивления, а при ламинарном- от числа Рейнольдса. Для всех местных сопротивлений этот коэффициент определяется экспериментально .

Рассмотрим некоторые местные сопротивления.

Внезапное (резкое) расширение трубы (рис.4.4).

(4.10)

где и - скорость жидкости впереди и после внезапного сужения.

Формулу (4.9) можно записать в виде:

. (4.11)

Характеристики

Список файлов курсовой работы