Два режима движения жидкости. Число Рейнольдса
В природе существуют два режима движения жидкости: ламинарный (слоистый) и турбулентный (беспорядочный). При ламинарном режиме частицы движутся в виде отдельных, не перемешивающихся между собой, слоев, или струй жидкости. При турбулентном режиме движение частиц беспорядочное, струйчатость потока нарушается, и траектории частиц приобретают сложную форму, пересекаясь между собой. Английский ученый О. Рейнольдс (1883 г.) опытным путем; подтвердил предположение Д.И. Менделеева и показал также, что при известных условиях возможен переход от одного режима движения к другому и обратно. Подобный опыт можно воспроизвести на установке Рейнольдса (рис. 2.9,а). При постепенном открытии крана жидкость из сосуда А начинает вытекать; одновременно в поток подается тонкая струйка краски; если она не смешивается с движущейся в трубке Б жидкостью, то это будет означать, что режим движения жидкости ламинарный (рис. 2.9,б). Постепенно увеличивая открытие крана В и тем самым изменяя скорость течения жидкости в трубе Б, можно наблюдать, как струйка краски начнет колебаться, а затем разрываться и через некоторое время равномерно окрасит всю жидкость в трубке. Это значит, что ламинарный режим движения перешел в турбулентный (рис. 2.9,в). безразмерную величину, определяющую режим движения жидкости, которую назвали числом Рейнольдса.
Re = ρ w d / μ = w d / ν. (6.10)
Точными измерениями в круглых гладких трубах установлено, что при Re < 2300 режим движения ламинарный, при Re > 2300 – турбулентный. Понятие о гидравлическом ударе Резкое изменение давления в напорном трубопроводе, возникающее при быстром изменении скорости потока, называется гидравлическим ударом. Такое изменение давления иногда превышает в десятки и даже сотни раз рабочее давление в трубопроводе и может вызвать его разрушение. Причиной гидравлического удара может быть внезапное закрытие задвижки на напорном трубопроводе, сопровождаемое резким увеличением давления, а также резкое открытие задвижки, когда давление падает в результате увеличения скорости движения жидкости. Мероприятия для уменьшения или устранениягидравлического удара: на водопроводных трубах устанавливаются медленно закрывающиеся задвижки, воздушные колпаки и предохранительные клапаны, автоматически открывающиеся при повышении давления выше нормального.
Лекция № 7 Раздел: 3 Гидромеханические процессы
Тема: 3.2 Перемещение жидкостей и газов
Цель занятия: изучить виды трубопроводов и гидравлических сопротивлений при движении жидкости; методику определения потерь жидкости и диаметров трубопроводов. Вопросы: 1. Определение потерь напора. 2. Коэффициент сопротивления трения по длине. 3. Местные потери напора и коэффициент местного сопротивления. 4. Вычисление полной потери напора. 5. Гидравлический расчет простого водопровода. Определения. 6. Основные задачи расчета водопровода. 7. Расходная характеристика сечения.
Литература: [Л.2] c. 62...67; 70...74.
1. При движении жидкости в трубопроводе часть энергии потока (гидродинамического напора Нгд) расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений. Последние бывают двух видов: 1) сопротивления по длине hw дл, пропорциональные длине потока; 2) местные сопротивления hw м, возникновение которых связано с изменением направления или величины скорости в том или ином сечении потока. К местным сопротивлениям относят внезапное расширение потока, внезапное сужение потока, вентиль, кран, диффузор и т. д. При движении жидкости в прямой трубе потери энергии определяются формулой Дарси – Вейсбаха
hw дл = λ l/d w2/(2g) (7.1)
где hw дл – потери напора по длине, м. Эту же потерю напора можно выразить в единицах давления:
Δp = ρghw дл = λ l/d ρw2/2 (7.2)
где Δp – потери давления, Па; hw дл – потери напора, м; λ – коэффициент сопротивления трения по длине; l – длина трубы, м; d – диаметр трубы, м; w – средняя скорость движения жидкости в выходном сечении трубы, м/с; g – ускорение силы тяжести, м/с2; ρ – плотность жидкости (газа), кг/м3. 2. Многочисленными опытами установлено, что в общем случае коэффициент сопротивления трения λ зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости Δ/d стенок канала, т.е. λ = f (Re, Δ/d). 3. Местные потери напора принято выражать в долях от скоростного напора. Их определяют по формуле Вейсбаха:
hw м = ζ·w2/(2g) (7.3)
где ζ – коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида местного сопротивления, и определяемый опытным путем (для турбулентного режима течения)*; w – скорость за местным сопротивлением. Значения некоторых видов местных сопротивлений приведены в табл. 7.1. 4. Полная потеря напора выражается суммой потерь напора по длине и на местные сопротивления:
hw = hw дл + Σhw м (7.4)
где Σhw м = Σζ·w2/(2g) – сумма местных потерь напора, сочетание которых в трубопроводе может быть различным в зависимости от назначения последнего. Подставляя в уравнение (7.4) значения из формул (7.1) и (7.3), получаем удобную для практических расчетов формулу полной потери напора:
hw = λ l/d w2/(2g) + Σζ·w2/(2g) = (λ l/d + Σζ) w2/(2g) (7.5)
___________________________ * При ламинарном режиме течения коэффициент местного сопротивления зависит также и от числа Рейнольдса. Таблица 7.1 Коэффициенты местных сопротивлений при турбулентном режиме движения жидкости
Продолжение табл. 7.1
5. Трубопровод, по которому вода попадает потребителю, называется водопроводом. Водопровод, диаметр которого постоянен по всей длине и который не имеет боковых ответвлений, называется простым водопроводом. Водопровод, имеющий разветвления, а также составленный из труб разных диаметров, называет- ся сложным водопроводом. Различают короткие трубопроводы, в которых потери напора на местные сопротивления относительно велики и соизмеримы с потерями напора по длине (всасывающие трубы центробежных насосов, сифонные трубы и т. д.), и длинные трубопроводы, в которых потери напора на местные сопротивления составляют незначительную часть от потерь по длине (не более 5…10%). 6. Рассчитать водопровод – значит, определить одну из трех величин – потери напора hw, расход Q или диаметр трубы d – по двум другим заданным величинам. Исходными соотношениями для гидравлического расчета водопровода являются уравнение Д. Бернулли (6.8)
,
уравнение неразрывности потока (или постоянства расхода) (6.3)
Q = F1 w1 = F1 w1 = const
и формула Дарси – Вейсбаха (7.1)
hw дл = λ l/d w2/(2g). 7. Расчет водопроводов, которые работают при турбулентном режиме в квадратичной области сопротивления, производится по следующим формулам: 1) расход воды
Q = К√ hw/ l; (7.6)
где К – расходная характеристика сечения, м3/с 2) потери напора
hw = Q2 l / K2; (7.7)
3) диаметр водопровода
K2 = Q2 l / hw. (7.8)
Значения К приводятся в гидравлических справочниках в зависимости от диаметра и шероховатости трубы (см., например, табл. 7.2). Метод расчета с использованием расходной характеристики сечения применим к длинным трубопроводам; короткие трубопроводы рассчитываются с учетом местных сопротивлений.
Таблица 7.2 Расходная характеристика К для стандартных стальных труб
Самостоятельная работа студентов
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (910)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |