1. Предмет и методология гидравлики Курс "Гидравлика" включает в себя несколько самостоятельных дис- циплин, которые объединяет такое понятие, как гидравлические и пневмати- ческие системы
жүктеу/скачать 0,71 Mb.
|
Гидр лек
p1 1 V12
g 2g p2 g 2 V22 2g hL , где hL - потери напора по длине, м. Так как поток равномерный, то , V1 = V2 и слагаемые с V можно сократить. Поэтому можем записать, что потери напора по длине между се- чениями 1 – 1 и 2 – 2 равны разности пьезометрических напоров: p L h 1 g p2 g h1 h2 ,
где, h1 и h2 – высота столба жидкости в пьезометрах, м. Таким образом, для горизонтальных труб величина потери напора hL легко может быть определена с помощью двух пьезометров, как разность уровней в них. Для изучения потерь напора в трубах на установке, оборудованной пьезометрами проведены эксперименты. Опыты проделанные с разными трубами, жидкостями и скоростями, показали, что зависимость потерь напо- ра или уклона жидкости в трубе показанный на рис. 26. I hL / L от средней скорости V имеет вид, Рис. 26. График зависимости уклона жидкости в трубе от средней скорости Как видно из графика при V < Vкр эта зависимость имеет линейный ха- рактер, а при V > Vкр – нелинейный. Величина критической скорости Vкр у разных потоков разная, но указанная особенность зависимости I f (V ) об- наруживается у всех равномерных потоков. Объяснение этому факту было дано английским ученым О. Рейнольдсом, который в 1883г. провел весьма наглядные опыты на установке, схема которой представлена на рис. 27. Эта установка позволяла по поведению струйки подкрашенной жидкости 3 су- дить о характере движения частиц жидкости в трубе 2. Результаты оказались
Рис. 27. Установка для изучения режимов движения жидкости следующими. При V < Vкр струйка подкрашенной жидкости сохраняет вид тонкой прямой нити на всём протяжении потока, что свидетельствует об упорядо- ченном движении всех частиц жидкости в направлении оси трубы. Такой ре- жим движения частиц жидкости в потоке был назван ламинарным (от латин- ского слова "Lamina", означающего "слой"). При V > Vкр струйка подкрашенной жидкости уже на начальном участ- ке потока размывается, и вся жидкость в трубе оказывается равномерно ок- рашенной. Это значит, что частицы жидкости помимо движения в главном направлении (вдоль оси трубы) совершают дополнительные перемещения в поперечном направлении. Более наглядную картину движения жидкости можно получить при помощи подмешивания в поток мелких частиц с плот- ностью, равной плотности жидкости. При подобных наблюдениях можно об- наружить, что при V > Vкр частицы жидкости движутся по весьма сложным зигзагообразным траекториям, сталкиваясь друг с другом и со стенками тру- бы. Такой режим движения жидкости был назван турбулентным, что соот- ветствует русскому слову "беспорядочный". Итак, установлено, что имеется прямая связь между видом зависимости потери напора по длине hL от средней скорости потока и характером движе- ния частиц жидкости в потоке (режимом движения жидкости). Потери напо- ра при V < Vкр, что соответствует ламинарному режиму, растут с увеличени- ем средней скорости линейно и медленнее, чем при V > Vкр (турбулентный режим). Но это значит, что расчетные формулы для потери напора по длине при ламинарных и турбулентных режимах должны быть различными и (для правильного выбора формулы) необходимо перед началом расчета опреде- лять режим движения жидкости в каждом рассматриваемом случае. Для это- го надо располагать соответствующим критерием режима. Установим его вид. В результате анализа факторов, влияющих на режим движения жидко- сти, а также экспериментов установлено, что характер потока зависит от со- четания следующих четырех характеристик потока: коэффициента вязкости , характеризующего вязкость жидкости; плотности , характеризующей инерционность жидкости; средней скорости потока V, характеризующей про- дольные скорости движения частиц жидкости; диаметра трубы d, характери- зующего эффективность направляющего действия стенок трубы. Поскольку увеличение V, d, содействует установлению турбулентного режима, а уве- личение – установлению ламинарного режима, то можно утверждать, что большим значениям комплекса (V d )/ должны отвечать турбулентные ре- жимы, а малым - ламинарные. Этот комплекс называется числом Рейнольдса. Поскольку ориентируясь на его величину можно судить о режиме, то он мо- жет служить критерием режима. Критерий режима первоначально был получен Рейнольдсом на базе ка- чественного анализа движения жидкости аналогичного приведенному выше. Однако, его можно также получить, используя теорию размерности. Для по- тока в круглой трубе критерий режима движения жидкости имеет вид Re V d
или Re V d , (29) где, – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с. Чтобы можно было воспользоваться указанным критерием режима на практике, необходимо знать величину критического числа Рейнольдса Reкр, соответствующего границе между ламинарным и турбулентным режимами. Эта величина может быть определена только из опытов. Опыты показали, что критическое число Рейнольдса не является определенным, а зависит от усло- вий опыта. В лабораторных условиях (создав плавный вход жидкости в тру- бу, устранив вибрации трубы и т.п.) удавалось сохранить ламинарный режим до весьма больших значений критерия Рейнольдса (до Re>13000). Однако та- кая неопределенность величины Reкр не может служить основанием для отка- за практического использования числа Рейнольдса в качестве критерия ре- жима движения жидкости. В технических системах отсутствуют условия для сохранения ламинарных режимов до больших чисел Re. Практика показыва- ет, что для потоков в круглых трубах можно принимать: Reкр 2300 . (30) Следует отметить, что, для других форм сечения потока, величины критического числа Рейнольдса иные. Таким образом установлено, что существуют два режима движения жидкости – ламинарный и турбулентный. Рассмотрим каждый из них более подробно. Ламинарное движение жидкости в трубах и зазорах жүктеу/скачать 0,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|