Гидравлические сопротивления


Сопротивления движению жидкости, обуславливаемые трением (вязкостью), а также изменением конфигурации потока, называются гидравлическими сопротивлениями,

Установившееся движение жидкости в потоке может быть неравномерное и равномерное

Равномерным называется вид установившегося движения, при котором элементы потока (скорости, живые сечения, глубины и пр.) не изменяются вдоль потока.

Как неравномерное, так и равномерное движение жидкости могут проявляться в двух формах: напорного и безнапорного движения.

Движение потока в трубе (водоводе) полным ее сечением, когда давление в жидкости больше атмосферного, называется напорным.

Движение потока со свободной поверхностью, давление над которой известно и одинаково на протяжении потока называется безнапорным. (Открытые русла, каналы, канализационные трубы с частичным заполнением трубы и т.д.)

Кроме известных из предыдущего элементов потока: расхода Q, средней скорости v , площади живого сечения w, следует различать еще:

- смоченный периметр - c;

- гидравлический радиус - ;

- ширину потока на уровне свободной поверхности - B  ;

- среднюю гдубину потока ;

- гидравлический уклон потока - потеря энергии потока (напора) на  единицу длины потока .

При равномерном напорном движении жидкости гидравлический уклон равен пьезометрическому уклону:

,

а при равномерном безнапорном – геометрическому

.

Движение жидкости может проявляться в двух различных по структуре режимах - ламинарном и турбулентном. Режим движения жидкости зависит от числа Рейнольдса, которое может быть вычислено по диаметру d (для круглых труб)

или через гидравлический радиус R

.

Здесь  - кинематический коэффициент вязкости  м2/c;                                        

m - динамический коэффициент вязкости кгс.с/м2 ;

r  - плотность жидкости, кг.с2 /м4 (размерность в системе мкгcс).

По опытным данным Рейнольдса устойчивый ламинарный режим наблюдается (в рассматриваемом им случае напорного движения в трубах), когда число Red < 2300 (ReR < 575). Когда это число больше 2300 (575) - наблюдается турбулентный режим. Для открытых потоков  ReRкр =300.

Потери напора по длине потока учитываются седьмым членом уравнения Бернулли – hw,  при этом они подразделяются на два вида:

1)                  потери напора на трение по длине 

;

2)                  потери от местных сопротивлений 

,

где  l - коэффициент трения;

       L   - длина прямолинейного участка трубы;

      d   - внутренний диаметр трубы

     - коэффициент сопротивления на трение по длине потока;

zм.с. – коэффициент местного сопротивления;

     - скоростной напор в трубе.

Рассмотрим несколько примеров задач гидродинамики.

Пример  1.

Определить расход воды Q в системе, указанной на рисунке. Построить пьезометрическую линию.

 

Исходные данные:

H = 10 м; l1 = 25 м; d1 = 150 мм;  l2 =10 м;  d2 =125 мм;  l3 =15 м; 

 d3 =125 мм; a = 45°.

В конце системы имеется вентиль обыкновенный.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: