Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей (стр. 4 из 21)
Для труб промышленного изготовления с естественной шероховатостью для любой области сопротивления при турбулентном режиме движения можно пользоваться формулой А.Д. Альтшуля:
. (16)Пользоваться приведенными формулами для определения коэффициента l не всегда удобно. Для облегчения расчета здесь приводится номограмма Колбрука – Уайта (см. приложение 3), при помощи которой l определяется весьма просто по известным Rе и Dэ/d.
10
7. Местные гидравлические сопротивления
Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных потерь. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Внезапное расширение трубы (теорема Борда). Диффузоры. Сужение трубы. Колена. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. Практическое использование кавитации.
Методические указания.
Местные гидравлические потери определяют по формуле Вейсбаха:
, (17)где z – коэффициент местного сопротивления;
– средняя скорость в сечении, как правило, за местным сопротивлением. Коэффициент z при больших числах Рейнольдса зависит только от вида местного сопротивления. Однако при ламинарном течении он зависит не только от вида сопротивления, но и от числа Рейнольдса. Приведенные в приложении 4 значения коэффициента z, некоторых местных сопротивлений относятся к турбулентному течению с большими числами Рейнольдса. Для ламинарного движения коэффициент z, должен быть пересчитан с учетом влияния числа Рейнольдса.Простое суммирование потерь в местных сопротивлениях возможно, если они расположены друг от друга на расстоянии, равном не менее 20 – 30 диаметров трубы. В противном же случае сопротивления влияют друг на друга и работают как одна система, для которой необходимо определить свое значение коэффициента местного сопротивления экспериментальным путем.
8. Истечение жидкости через отверстия и насадки
Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Истечение при переменном напоре (опорожнение резервуаров).
Методические указания.
Расход жидкости при ее истечении через отверстие или насадок определяют по формуле
, (18)где m – коэффициент расхода, S – площадь отверстия или сечения насадка; Н0 – действующий напор, равный
, (19)где Н – расстояние от центра тяжести площади отверстия или сечения насадка до поверхности жидкости в резервуаре; р0 – давление на поверхности жидкости в резервуаре; р – давление в среде, в которую происходит истечение жидкости;
– скорость подхода жидкости в резервуаре; 
– величина малая, и ею можно пренебречь; Dр – потери давления при истечении через местное сопротивление (например, через дроссель, распределитель и другую гидравлическую аппаратуру).Коэффициент расхода m малого отверстия зависит от числа Рейнольдса. С увеличением Rе коэффициент m сначала увеличивается, достигает максимального значения mмакс = 69 при
Rе = 350, а затем начинает уменьшаться и стабилизируется на значении, равном 0,60. Таким образом, отверстия (а также насадки) при больших числах Rе удобно применять в качестве приборов для измерения расхода жидкости.
При истечении жидкости через затопленное отверстие или насадок для определения расхода применяют приведенные формулы (18), но в этом случае напор Н0 берется как разность гидростатических напоров по обе стороны стенки.
11
Следовательно, расход в данном случае не зависит от высоты расположения отверстия или насадка.
В случае истечения жидкости через насадок образуется вакуум, который увеличивает его пропускную способность и является прямо пропорциональным напору Н0. Коэффициент расхода насадка зависит от его типа и числа Рейнольдса. По своему значению он превышает коэффициент расхода малого отверстия. Например, для внешнего цилиндрического насадка m = 0,80, для коноидального насадка m = 0,96...0,99.
9. Гидравлический расчет трубопроводов
Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Основные расчетные задачи. Понятие об определении экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода. Сифонный трубопровод. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Сложные трубопроводы. Трубопровод с насосной подачей. Понятие об электрогидродинамической аналогии. Основы расчета газопроводов.
Методические указания.
При расчете напорных трубопроводов применяются уравнения Бернулли (8, 9), постоянства расхода (10) и формулы (11, 17) для определения гидравлических потерь. По отношению местных потерь и потерь на трение трубопроводы подразделяют на короткие и длинные. К коротким относятся всасывающие трубопроводы насосов, сифонные трубы, некоторые гидролинии гидроприводов и другие трубопроводы. При их расчете оценивают и определяют потери на трение и местные потери.
Расчет длинных трубопроводов ведется по упрощенному уравнению Бернулли. В данном случае скоростные напоры по сравнению с другими членами уравнения малы и ими обычно пренебрегают. Следовательно, напорная линия совпадает с пьезометрической. Местные потери либо совсем не оценивают, либо без точного расчета принимают равными некоторой доле потерь по длине – обычно 10...15%.
Расчет простых трубопроводов сводится к трем типовым задачам по определению напора, расхода, диаметра трубопровода. Задачи решают аналитическим и графоаналитическим способами. Задачи второго и третьего типов аналитическим способом решить непосредственно нельзя и приходится прибегать к методу подбора. Поэтому для этих случаев удобнее применять графоаналитический способ. При этом для задачи второго типа строится гидравлическая характеристика трубопровода, которая выражает связь между расходом и гидравлическими потерями, т. е.
.Чтобы построить такую характеристику, необходимо знать лишь геометрические параметры трубы: диаметр, длину и шероховатость. Произвольно подбирают несколько значений расхода и определяют соответствующие им гидравлические потери. По данным расчета и строится кривая характеристики трубы. При ламинарном течении жидкости характеристика трубы имеет вид прямой линии, что облегчает ее постройку.
При расчете сложных трубопроводов удобно пользоваться графоаналитическим способом, графически суммируя гидравлические характеристики отдельных труб.
10. Неустановившееся движение жидкости
Неустановившееся движение несжимаемой жидкости в жестких трубах с учетом инерционного напора. Явление гидравлического удара. Формула Жуковского для прямого удара. Понятие о непрямом ударе. Способы ослабления гидравлического удара. Практическое использование гидравлического удара в технике.
Методические указания.
Расчет жесткого трубопровода при неустановившемся движении несжимаемой жидкости ведется по уравнению Бернулли (8, 9) с дополнительным инерци-
12
онным членом, который учитывает потери напора на преодоление силы локальной инерции. Например, так ведется расчет линий всасывания поршневого насоса с весьма неравномерной подачей жидкости, труб при опорожнении резервуара в случае внезапного открытия крана.
При внезапном изменении скорости потока в напорном трубопроводе резко изменяется давление – возникает гидравлический удар. Он считается вредным явлением, так как может вызвать аварии в гидросистемах. В этом отношении прямой удар более опасен, чем непрямой. При прямом ударе повышение давления прямо пропорционально изменению скорости потока, плотности жидкости и скорости распространения ударной волны в ней.
11. Взаимодействие потока со стенками
Теорема импульсов. Воздействие свободной струи на твердые преграды. Силы воздействия напорного потока на стенки.
Часть II. ЛОПАСТНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ
И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
РАЗДЕЛ А. ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ
12. Общие сведения о гидромашинах
Насосы и гидродвигатели. Классификация насосов. Принцип действия динамических и объемных машин. Основные параметры: подача (расход), напор, мощность, к.п. д.
Методические указания.
Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую (гидравлические двигатели). Гидравлическим приводом называют гидравлическую систему, которая состоит из насоса и гидродвигателя с соответствующей регулирующей и распределительной аппаратурой и служит для передачи посредством рабочей жидкости энергии на расстояние. При помощи гидравлического привода можно преобразовывать механическую энергию в кинетическую на выходе системы с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.