Методические указания и контрольные задания для студе нтов-заочников по учебной дисциплине «Гидравлика» (стр. 7 из 15)
Практическая работа №4
Литература: 1, с. 215…221, 223…231, 233…236, 238…247
Вопросы для самоконтроля
1. Какие трубопроводы принято называть короткими и длинными? Примеры коротких трубопроводов.
2. Что такое расходная характеристика и как она определяется, размерность?
3. Чему равна общая потеря напора на трение при последовательном соединении труб?
4. Какими гидравлическими особенностями характеризуется параллельное соединение труб?
5. При каких условиях в трубопроводе возникает гидравлический удар?
6. Как определяется повышение давления при гидравлическом ударе?
Тема 3.4 Истечение жидкости из отверстий и насадков
Студент должен:
знать: законы истечения, назначение и типы насадков;
уметь: определять скорость, расход, время истечения жидкости из отверстий и насадков, давление струи жидкости на преграду.
Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке. Истечение жидкости при переменном напоре. Истечение жидкости под уровень истечение жидкости из насадков. Влияние числа Рейнольдса на истечение жидкости. Давление струи жидкости на преграду. Практическое применение насадков.
Литература: 1, с. 184…208
Вопросы для самоконтроля
1. Какими признаками характеризуется истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке сосуда?
2. При каких условиях короткую трубу можно рассматривать как внешнюю цилиндрическую насадку?
3. Формулы скорости и расхода для истечения жидкости из отверстия и через насадки.
4. Как связаны между собой коэффициенты скорости -
, сжатия - 
, расхода - 
, сопротивления - 
.5. Какая форма насадки обеспечивает наибольший расход при заданной величине отверстия в стенке сосуда?
6. Как рассчитывают затопление отверстия и насадки?
Методические указания темам 3.3, 3.4
Изучение данной темы следует начинать с назначения и классификации трубопроводов по признакам: режима работы (постоянный или временный расход); соотношение между величинами потерь напора по длине на трение и на преодоление местных сопротивлений; конструктивным ( материал трубопроводов и состояние их; форма поперечного сечения; простой и сложный трубопровод и др.) рода жидкости, протекающей в трубе.
Важно уяснить, что из всего разнообразия трубопроводов, их гидравлический расход может быть сведен к трем принципиальным схемам:
1.Расчет простого короткого трубопровода при постоянном расходе, когда детально учитываются сопротивления по длине, местные сопротивления и величина скоростного потока.
2.Расчет простого длинного трубопровода при постоянном расходе, когда точно учитываются сопротивления по длине, а величина местных сопротивлений определяется приближенно ( в процентах от потерь напора по длине 5-15%).
3.Расчет простого длинного трубопровода с транзитным и равномерно распределенным путевым расходом.
Для первых двух систем трубопровода необходимо усвоить:
1.Вывод расчетной зависимости для общего случая турбулентного движения жидкости (независимо от зон сопротивлений).
2.Преобразование этой зависимости введением расходной характеристики для квадратичной зоны сопротивлений.
Таким преобразованием формула приводится к виду, удобному для технических расчетов.
Для третьей схемы трубопроводов нужно рассмотреть вопрос определения расчетного расхода.
Необходимо научиться пользоваться специальными таблицами и монограммами, в которых даны значения гидравлических уклонов в зависимости от величины расхода для стандартных размеров сечения трубопроводов. Они упрощают и ускоряют расчеты. Рассмотреть явление гидравлического удара в трубопроводе постоянного сечения большой длины.
При изучении каждого типа пропускных отверстий (отверстий в тонкой стенке, насадки) необходимо вначале рассмотреть классификацию их, а затем уже расчетные формулы для определения скорости истечения и расхода. При выводе указанных расчетных формул используются основные уравнения гидравлики: уравнение Бернулли и уравнение неразрывности потока, причем учитываются потери напора (главным образом местные).
Для насадков надо усвоить расчет гидродинамического давления в сжатом сечении, обратить внимание на предельное значение напора, выше которого насадка перестает работать.
Для истечения через отверстие с острой кромкой и с насадкой характерно отсутствие значительных потерь по длине и относительное постоянство для каждого наасдка коэффициентов местного сопротивления, а отсюда и коэффициентов скорости
и расхода 
.Движение жидкости по трубопроводам.
При движении реальной жидкости в трубе часть гидродинамического расхода на преодоление линейных hл и местных hм гидравлических сопротивлений.
Линейное сопротивление hл (н/м2 ) определяют по формуле Дарси:
,где λтр – коэффициент сопротивления трения по длине;
- длина трубы, м; d – диаметр трубы, м; v – скорость движения в выходном сечении трубы, м/сек; ρ – плотность, кг/м3.Для ламинарного движения жидкости коэффициент сопротивления λтр определяется по формуле Пуазейля:
.При турбулентном движении в трубах с гладкими стенками λтр рассчитывается по формуле Блазиуса, если Re=104÷105,
.При значениях Re>105 коэффициент сопротивления λтр определяют по формуле Никурадзе
.При движении жидкости по шероховатым трубам, когда 2300<Re<Reпред (переходная зона), λтр определяется по формуле Альштуля:
; 
,где d – диаметр трубопровода, м; kэ – абсолютная шероховатость труб, м.
Для шероховатых труб в квадратичной зоне применяется формула Шифринсона:
.Местные сопротивления обусловлены наличием по длине трубопровода вентилей, задвижек, сужений или расширений труб, поворотов и т.д.
Потери напора (н/м2 ) в местных сопротивлениях определяются по формуле:
,где ζ – коэффициент местного сопротивления; v – скорость жидкости за местным сопротивлением, м/сек.
Значения коэффициентов местных потерь для различных элементов трубопровода приведены в справочниках. Полная потеря напора в трубопроводе
, н/м2.Гидравлический удар
Гидравлический удар представляет собой явление импульсивного изменения давления, происходящее в напорных трубопроводах. Гидравлическим ударом называют резкое повышение давления в трубопроводе, возникающее в результате изменения скорости потока при быстром закрытии крана или задвижки. Гидравлический удар может привести к разрыву стенок трубы.
Например, если резко закрыть водопроводный кран (рис. 14), то вода, движущаяся со скоростью v, вынуждена так же резко остановиться. Однако из-за наличия инерционных сил движущейся жидкости перед краном возникнет ударное повышение давления величиной ∆p, которое начнёт распространяться со скоростью звука vзв в воде в обратную сторону и может привести к авариям на трубопроводах. Величину ∆p (Па) при гидравлическом ударе можно рассчитать по формуле Н.Е.Жуковского:
,где ρ – плотность жидкости, кг/м3; v – скорость движения жидкости до закрытия задвижки (крана), м/сек; с – скорость распространения ударной волны, м/сек.
Если время закрытия задвижки t больше времени (фазы) гидравлического удара Т (Т=2l/с, где l – длина трубопровода), то повышение давления не достигает максимальной величины. При медленном закрытии задвижки повышение давления определяется по формуле
.Гидравлический расчет простого водопровода. Простым называется водопровод, который не имеет ответвлений. В задачу гидравлического расчета может входить определение расхода Q, потери напора hпот или диаметра трубопровода . при расчете длинных водопроводов учитывают только потери напора по длине, так как местные потери составляют обычно менее 10% всех потерь. При расчете коротких трубопроводов необходимо учитывать не только потери по длине, но и местных сопротивлениях.
Расход (м3/сек) воды в трубе при заданной величине потери напора hпот определяется по формуле