Шпаргалка по Гидравлике (стр. 13 из 16)
41. Свободная затопленная струя, ее геометрия и дальность действия. Наиболее простым струйным течением считается свободная затопленная струя, вытекающая в среду той же плотности. Струя, вытекающая из насадки в среду той же плотности, имеет два характерных участка, отличающихся по структуре течения: начальный и основной. Иногда выделяют также переходный участок. В начальном сечении струи (совпадающем с выходным сечением насадки) профиль скоростей потока иo близок к равномерному. В пределах начального участка сохраняется ядро постоянных скоростей, ширина которого линейно уменьшается от paзмера внутреннего диаметра насадки до нуля. За пределами границы участка постоянных скоростей, скорости потока и закономерно уменьшаются как по направлению к периферии течения, так и по длине струи. Профиль скорости и на начальном участке изменяется по законам пограничного слоя, рассматри ваемого специальным разделом гидродинамики. На основном участке струи происходит падение скорости по оси струи ит и по сечению и. Длина начального участка Хн определяется выражением: 
где R0 - внутренний радиус насадки в выходном сечении, м; а - коэффициент структуры струи; для осесимметричных струй а ≈ 0,08. Изменение скорости по оси струи иmна основном участке для осесимметричной струи определяется зависимостью: 
х - расстояние от начального сечения струи, м.42. Под регулированием работы насоса подразумевается процесс изменения подачи и напора. Существует два основных способа регулирования подачи центробежных насосов — изменение характеристики системы (дросселирование задвижками на напорной или на всасывающей линиях, перепуск части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, впуск воздуха во всасывающий патрубок насоса) и изменение частоты вращения рабочего колеса насоса. Первым способом можно только уменьшать подачу насоса. Как правило, этот способ неэкономичен, однако на практике им приходится часто пользоваться. Кроме того, следует иметь в виду, что системы с центробежными насосами могут непроизвольно регулироваться при изменении характеристики системы. Характеристики регулирования при постоянной частоте вращения. Способ регулирования подачи задвижкой на напорном патрубке насоса основан на увеличении сопротивления напорной линии. Если менять сопротивление сети, закрывая задвижку на напорной линии, то . насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как «вынужден» работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки. Существует ещё один способ изменения условий работы насоса на сеть - это байпасирование, т. е. установка регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. По отношению к насосу - это аналогично снижению сопротивления, т. е. происходит повышение подачи (с учётом объёма жидкости, возвращаемой в линию всасывания) и соответствующее снижение напора. По отношению к потребительской сети - это аналогично снижению подачи. В результате в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс). Снижение напора с помощью перепуска жидкости с напорной линии во всасывающую составляет 10... 30 % в зависимости от крутизны напорной характеристики насоса. Однако следует иметь в виду, что при этом способе регулирования есть опасность выхода за пределы рабочей зоны напорной характеристики. Это может привести к снижению КПД насоса, ухудшению условий всасывания и перегрузке двигателя
43. Свободная незатопленная струя, дальность полета и характер распада Струя, вытекающая под давлением в атмосферу и не ограниченная какими-либо стенками (так называемая «свободная струя») возле отверстия, из которого она вытекает, является практически монолитной, а затем постепенно превращается в поток отдельных капель. В гидродинамике выделяют 3 стадии развития свободной струи. 1.Компактная стадия начинается возле отверстия, через которое истекает жидкость, и продолжается на некотором расстоянии от него. Обычно это расстояние составляет от нескольких сантиметров до метра с небольшим и зависит от множества условий, среди которых не только скорость истечения и вызвавший её перепад давлений, но и вязкость жидкости, сила её поверхностного натяжения, а также сопротивление внешней среды (воздуха). На протяжении компактной части струя сохраняет свой средний диаметр практически неизменным. 2.Раздробленная стадия характеризуется началом разделения струи на отдельные очень мелкие капли, однако они не разлетаются далеко, а продолжают «сопровождать» ядро струи. При этом значительная часть струи остаётся компактной и сохраняет монолитность, но по мере удаления от начала струи кажется, что ядро струи слегка сужается. Длина раздробленной части обычно примерно равна или несколько меньше длины компактной части струи. 3.На распылённой (капельной) стадии струя уже представляет собой расширяющийся поток отдельно летящих капель — в центре более крупных, по краям более мелких. Постепенно под действием воздуха крупные капли дробятся до тех пор, пока силы поверхностного натяжения не смогут компенсировать разрывающее воздействие скоростного напора воздуха.
Длина первого участка струи составляет около (диаметр выходного отверстия насадки), второй находится в пределах 80…33(третий начинается на расстоянии от сопла свыше 3. Для струй низкого давления характерны гладкая поверхность и прозрачность на начальном участке. На определенном расстоянии от насадки на поверхности струи образуются волны, амплитуды которых нарастают по длине струи, в результате происходит отрыв отдельных капель, а затем дробление на капли всего объема воды и далее - факельное распыление раздробленной струи. Поэтому в свободной незатопленной струе выделяют участки компактного движения, дробления и распыления. Характер распада струи, описанный выше, называют волновым. При увеличении начальной скорости струи длина компактного участка уменьшается. В струях высокого давления компактный участок практически отсутствует. В этом случае характер распада струи определяется как турбулентный распыл.
44. При конструировании и эксплуатации центробежных насосов пользуются законами их подобия и в первую очередь законом подобия рабочих колес этих насосов. Различают геометрическое к кинематическое подобие рабочих колес. Геометрическое подобие рабочих колес означает пропорциональность всех соответственных размеров их проточной части (диаметра, ширины лопаток, радиусов кривизны лопаток и т. п.). Кинематическое подобие предполагает одинаковые направления векторов скорости в сходственных точках потоков. На практике часто возникает необходимость пересчета на другую частоту вращения насоса. Это может быть замена двигателя или осуществление регулирования подачи изменением частоты вращения. Зависимости создаваемого насосом напора и расхода от числа оборотов могут быть выведены из соответствующих теоретических зависимостей для скорости и напора. При необходимости Вы можете обратиться к рекомендуемой литературе, а сейчас попробуем получить эти уравнения из простых логических рассуждений. Прежде всего, расход определяется скоростью движения жидкости или просто скоростью движения кромки лопасти и площадью живого сечения рабочего колеса. Скорость численно равна произведению угловой скорости на радиус W = w * R. Площадь живого сечения (площадь сечения для прохода жидкости) – геометрическая характеристика колеса и не зависит от числа оборотов. Радиус лопаток также не изменяется. Следовательно мы получаем зависимость расхода и оборотов вала насоса Q / Q1 = n / n1, где n и n1 – новое и исходное числа оборотов соответственно; Q и Q1 – новый и исходный расходы (при старом числе оборотов). Аналогичные рассуждения можно привести для напора. Для этого необходимо вспомнить, что создаваемый напор определяется кинетической энергией жидкости. Кинетическая энергия в свою очередь пропорциональна квадрату скорости, а значит: H ~ n2. Н / Н1 = n2 / n12 Учитывая, что полезная мощность рассчитывается как N = g * Q * H, получим N / N1 = (Q * H) / (Q1 * H1) =n3 / n13
Замечание. При изменении числа оборотов изменяется и расход и напор. В связи с этим, при построении новой характеристики каждой точке старой характеристики будет соответствовать точка на новой характеристике с иными напором и расходом. Недопустимо строить новую характеристику только по одному из приведенных выше уравнений для напора или расхода. При изменении числа оборотов, каждая точка на старой характеристике будет смещаться по вполне определенной траектории, которая называется параболой подобия. Парабола подобия может быть построена при необходимости по простой зависимости: Н / Н1 = n2 / n12 = Q2 / Q12 Преобразуя получим: Н = (Н1 / Q12) * Q2
45. (49) Гидравлический удар, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытии задвижки. В первом случае удар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. Г.у. — сложный процесс образования упругих деформаций жидкости и их распространения по длине трубы. При очень большом увеличении давления Г.у. может вызывать аварии. Для их предупреждения на трубопроводе устанавливают предохранительные устройства (уравнительные резервуары, воздушные колпаки, вентили и др.). Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов 1. для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр. 2. увеличивать время закрытия затвора 3.Установка демпфирующих устройств Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.