Сұйықтықтардың саптамалардан ағуы. Жүқа қабырғалы кіші тесікке жалғанған (орнатылған), үзындыгы 3
жүктеу/скачать 23,68 Kb.
|
КМ 09 Сапатама түрлері Лекция №2
|
Сұйықтықтардың саптамалардан ағуы. Жүқа қабырғалы кіші тесікке жалғанған (орнатылған), үзындыгы 3 < (3D < I < ID , шамасында болған қыска құбырды саптама деп атайды. Қабырға қалыңдығы саптама ұзындығына тең болған, қалың қабырғалы тесіктен сүйықтықтың ағуы дəл саптамадан ағуымен тең құбылыс болады. Практикалық түрмыста кең таралған үлгілері 1-115 суретте көрсетілген. 70 1-115 сурет. Саптамалардың үлгілері Саптамалық тесікке жалғануы резервуардан ағып шығып жатқан өтім мөлшерін өзгертеді, ол сондықтан резервуардың босау уақытына, ағыстың үшу кашықтығына жəне т.б. өз ықпалын тигізеді. Саптамадағы ағын дербес екі бөлшектен құрасқан: орталык (транзит) бөлшек, мұнда сұйыктықтың кіші бөлшектері аддыға карай бағытта қозғалады (дерлік түзу сызыкш қозғалыс) жəне иірім аймағы, мүнда сұйықтықтың бөлшектері айналмалы козғалыста болады. Алдыға қарай қозғалыста болған ағының оргалық бөлігінде ең кіші қимыл қимасына ис болтан жерін сығылған қимасы деп атайды. Иірім аймағында (ұзындығында) суйықтықпен бірге одан бөлінген бу жене еріген газдар айналмалы қозғалыста болады. Бұл аймақты кейде өлі аймақ (өлі зона) деп те атайды, алғашщқы уақытта бұл аймақта болған ауа негізгі (орталық) бөлшектегі ағынға ерісіп, оған қосылып ағып кетеді, сондықтан саптамада кіреберіс жерінде вакуум жаратылады. Вакуумдық максмал мəні сығылган қимада байқалады, мұнда ағыс ең үлкен сығылуға ие, ағыстың орташа жыддамдығы жəне кинетикалық энергиясы ең улкен мəндерге ие болады. Кіреберіс учаскесінен соң саптама толык қимасы мен жұмыс істеуі ушін саптаманы алдын-ада сүйықтықпен толтырып түру қажетігін ұмытпау керек. Бұндай толтыру ауданың сығылтан қимаға баруына тосқауыл болады. 1-1 жəне 2-2 қималары үшін 0-0 салыстыру жазыктығына қатынасты Бернулли теңдеуін жазайық: H= +hf (15.1) 71 hf = (15.2) H= (1+ ) (15.3) Мұндағы сүйыктық саптамадан ағып өтуіндегі арын жоғалуы. Бұл жоғалу үшқүрастырушыдан: суйықтық атының сығылу барысындағы арын жоғалуынан, ағының сығылған кимадан кейінгі кеңеюіндсгі арын жоғалуынан жəне саптама ұзындығы бойынша арын жоғалуымен құралған: = ξ суж +ξросш +ξд (15.4) Бұл арын жоталуларьш бірінші жəне екінші түрлері сүйыктыктын кіші тесіктен агуындаты арын жоғалуына шамамен тең. ξ суж +ξросш=ξдх - саптамаға кіну кедергісінің коэффиценті. Ұзындық бойынша қарсылык коэффиценті: ξдх=λ ; I - саптама ұзындығы, d - оның диаметрі. Барлық құрастырушыларының коэффиценттерін біле тура: = нх + λ = нас (15.5) Бұны (15.2) өрнегіне енгізсек жəне одан саптамадағы орташа жылдамдықты тапсақ: V= (15.6) Φ-жылдамдық коэффисенті. Саптамадан шығуға ағын сығылуы болмаағандықтын ξ=1 деп есептеуге мүмкін,ал онда өтім коэффиценті µ төмендегіге тең болады: µнас= εφ=φ (15.7) Саптамадан ағатын өнім: Q= µнасω (15.8) Тəжірибелер қортындысын көрсетуінше,сыртқы силлиндрлы саптама ұзындығы 1=(3-4)d болған сыртқы силлиндрлы саптама вентури саптамасы деп аталған. Сыртқы силлиндрлы саптамадғы вакуум 72 Егер сығылу аймағында вакуумментр жалғанған болса , кері пезометрлік тұтікте сұйықтық бұл аймақта вакуум болғанын сипаттайтын,биіктікке көтеріледі: Һнас=0.75Н (15.9) Яғни вакуум шамасы əсер етуші орынға тəуелді,жəне ол арын өсуінен артып барады. Бырақ вакууумның мүмкін болған максималды мəні бар: (6,27) ( Һнас)мах=10,33 мсу.ба ε Вакуум бұл мəніне əсер етуші орынның шекті шамасына жетеді; Нпр 11,6Н (15.10) Арынды шекті шамасы Нпр-деп асыру ағыстың сақтама қабырғаларынан ажыратуына алып келеді,бұл жағдайда вакум жоғалуы жəне саптама жұқа қабырғадағы тесік сияқты жұмыс істейді. Егер саптама тесік ішінен жабылса,сұйықтық ағысының сыртқы силиндрлы саптамаға қарағандада үлкен болады. Сондықтан,жылдамдық жəне өтім коэффиценттері кішілеу болады:µ=φ=0.707;ε=1 Ішкі силиндрлы саптам ұзындығы (1 аз болғанда ағыс саптамның қабырғаларына тиместен ағып шығады. Бұл жағдайда φ=0,98 ε=0,5 µ=0,49 1-115-суретте көрсетілген саптпмалардың əрбір түрін қарастырып шығайық: 1) Сыртқы силиндрлы саптама : Сығылған қимадағы вакуум сұйықтықты сорғандай болады,мұның есесіне жұқа қабырғадағы кіші тесікке µ0 =0,62 қарағанда өтім артады 1) ішкі силиндрлы саптама µнас=φ=0,82;ε=1 кіруге кедергі үлкен. сондықтан µнас=φ=0,707 ; ε=1 2) Дифузор түрлі конустық саптама Шығудағы жылдамдық үлкен емес,бырақ арын жағалауы үлкен . Шығудағы жылдамдық үлкен болмайды,өтімі асыру қажет болған жағдайда қолданылады. Үйлесімді бұрышы 0=5/70 , µнас=0,5 ; ε=5 жол көтермелерінің астындағы қабырғаларындағы жəне т.с.с. қолданылады. Бұл саптамаларда сығылған қимада сыртқы силиндрлы саптамаға қарағанда үлкен вакуум жаратылады.сондықтан бұл саптаманы үлкен сорушы əсер қажет болған жағдайда –инжекторларды, электорларды жəе т.с.с жерде пай. Ө 0.болғанда саптама жұқа қабырғадағы тесік сияқты жұмыс атқарады. 3) Конфузор түрлі конустық саптама. 73 Өтім коэфиценті конустың бұрышы Ө-ға тəуелді ө-нің артуымен µнасасады .бұрыштық шектік мəні ө , µнас одан соң Ө артуының µнас азайады. Бұл саптамалар үлкен жылдамқта ,үлкен үші қашықтығы жəне үлкен дүмпу күшіне ие ағысты жаратады. Бұл саптамаларды гидромеханизацияда гидромонитордың соплосы,өрт сөндіруші бұранде пойттың соплосы ретінде пайдаланылады. 4)Коноидал саптама Бұл саптаманың пішіні жұқа қабырғадағы кіші тесіктен аққан ағыс пішіннне сəйкес. Арын жоғалуы минималь болады;Өтім µнас жəне жылдамдық коэффиценттерін басқаларға қарағанда үлкен µнас= =0.97-0.98 Тесіктерден газдын ағуы резервуардағы тұракты қысым ықпалымен кіші тесіктен газдын ағуын бақылайық. Газдың ағу жылдамдығын табайық.11 қимада, Р1-қысым , 1 газдың көлемдік салмағы Т1-оның температурасы 2-2 қимада Р2-қысым 2-газдың көлемдік салмағы; Т2- оның температурасы. Газдың резервуар ішіндегі жылдамдығы V1 0, шығудағы жылдамдығы V2 Газдың ағуы кезінде адабиатикалық процесс арын алған деп есептейміз,яғни 1-1ден 2-2 қимаға дейінгі қысқа жолда ағып шығып жатқан газбен қоршаған орта аралығындағы жылу алмасуды елемеуге болады. Осы жағдайда арын жоғалуын есепке алмай Бернулли теңдеуін төмендегідей жазуға болады. Z1+ z2+ - [1- (15.11) Басқа шамаларға салыстырғанда z1 жəне . Ларды ескермеуге болады,сонда: = [1- ] немесе V2= ] (15.12) Бұл тəуелділікті газдың тесіктен ағу жылдамдығы үшін Сен-Венан формуласы делінеді. Мұндағы К- адабиаты көрсеткіші к= Бұл формуланы төмендегідей өрнектейік: = 1- Ал осыдан : (15.13) 74 (15.3) теңдеуін тағы да өрнектесек P1-P2 = (15.14) Мұндағы С1- тыныш күйде болған газдағы дыбыс жылдамдығы осы арадан: V2= (15.15) V2 C1 болған барлық жағдайларда (15.15) формуласындағы бөлгіштің мəнін ескермеу мумкін ал онда: (15.16) Демек,газдың ағып шығу жылдамдығын тамшылы сұйықтық үшін дəл осы тесіктен ағу жылдамдығы формуласымен анықтау ға болады. Рейнолдс санының ағу коэфицентіне əсері Əртүрлі пішінді тесіктер жəне саптамалар үшін ұсынылған ағу коэффицентінің мəндері ағу құбылысына сұйықтық тұтқырлығының əсері дерлік жоқ деп есептелінетін жағдайларда əділетті,мұнда тесіктер үшін: Rе0= (15.17) Rе0= (15.18) Жоғарғы тұтқырлығы сұйықтықтардың ағуына шартты орындалмайды жəне барлық ағу коэффиценттері Рейнолдсь санына Rе0-ге тəуелді болады. Rе0 санының кіші мəндерде,судың кіші тесіктен ағуына да осы R0-дің əсері байқалады. А.Д.Альтшульдің ұсынылған мəлімет бойынша φ коэффиценті Рейнолдсь санының Rе0 өсімен бірге өседі жəне Rе0-дің үлкен мəндерінеде 1-ге жуықтайды. Ал ε Rе0-дің өсуімен қатар 1 ден 0,6-ға дейін азайып барады . өтім коэфиценті µ-дің өзгеруі күрделі көрініске ие. Алғашқыда бұл коэффиценті µ максимумына ( жеткенше өсіп барады,содан соң азаяды. Рейнальлс санының салыстырмалы үлкен мəндеріне Rе0 өтім коэффиценті µ мəнін А.Д.Альтшуль формуласымен анықтауға болады: µ (15.19) 75 V. ЖАСАНДЫ АРНАЛАРДАҒЫ /КАНАЛДАРДАҒЫ/ СҰЙЫҚТЫҢ ТҰРАҚТАЛҒАН АРЫНСЫЗ БІРҚАЛЫПТЫ ҚОЗҒАЛЫСЫ Халық шаруашылығының мүқтажы үшін су жеткізіп беруге арналған дұрыс пішінді, жасанды арна түріндегі гидротехникалық құрылымды канал деп атайды. Каналдар ашық жəне тұйық қималы болып екіге бөлінеді. Ашық каналдардағы ағынның еркін бетіне атмосфералық қысым түсіп тұрады. Сұйық өз салмағының əсерімен еңістік бойынша қозгалыста болады. Бұл тарауда ашық каналдар мен тұйық қималы арналардағы арынсыз қозғалыстарды қарастырамыз. 5.1 Жасанды арналардың түрлері жəне оларға қойылатын талаптар. Бірқалыпты қозғалыс туралы уғым Өмірде қолдану мақсаттарына қарай ашық каналдар мына түрлерге бөлінеді: суғаратын /ирригациялық/, құрғататын, ауыз су жеткізетін, орман ағаштарын тасымалдайтын, əнергетикалық, кеме жүзетін жəне т.б. каналдар. Осы аталған каналдардың əрқайсысын есептеу тəсілдері өз алдына бөлек-бөлек жəне көп ретте бір-біріне қайшы келуі де мүмкін. Өйткені оларды жобалаудағы ескерілетін бастапқы шарттар əртүрлі. Сондықтан төменде тек суғаратын каналдар ғана қарастырылады. Каналдарды жобалау негізінен "құрылыс нормалары мен ережелері" бойынша жүргізіледі, сонымен қоса, əкологиялық жəне əкономикалық талаптарды ескеруден басталады. Бұл талаптарға: - канал маңыңдағы жерлерді батпақтанудан жəне су басып қалудан сақтау шараларын қарастыру; - каналды жан-жақты, кешенді паидаланудың жөнін қарастырып, жобаны экономикалықталдаудан өткізу; - жергілікті табиғатты сақтауға ерекше мəн беру; - каналды пайдалану барысында бастапқы жобадан ауытқып кетпеу жолдарын қарастыру жатады. Жер бетіне салынған каналдардың көлденең қималары: трапеция, парабола жэне полигональды (көпжақты) пішіндес. Практикада жиі пайдаланатын, бір-бірімен жалғанатын темір-бетон науалар, негізінен, параболалық немесе сегменттік боп келеді. Жалпы, каналдардың көлденең қималарының пішіндері: тік бұрышты (5.1а-сурет), трапеция тəріздес (5.1б-сурет), парабола сияқты (5.1в-сурет), жарты дөнгелек қималы (5.1гсурет) бола береді. 76 Ашық арналарда, бірқалыпты қозғалыс кезінде, су бетіндегі канал бойында қысым (Р0) мен жылдамдық арыны g v 2 2 α канал бойында тұрақты. Ал мұндай бірқалыпты қозғалыс төмендегі шарттар орындалғанда ғана кездеседі: 1) арнаның көлденең қимасы агын бойына бірдей (призмалық арна); 2) су өтімі тұрақты (Q = const); 3) судың тереңдігі (һ) жəне сол арқылы өрнектелетін өтім қимасының ауданы ( ω ), сулану периметрі ( λ ) жəне гидравликалық радиус (R) тұрақты; 4) арнаның су тиетін бетінің бұжырлығы өзгермейді; 5) жергілікті кедергілер жоқ; 6) канал табанының еңістігі (i), судың еркін бетінің еңістігі (iр) үйкеліс еңістігі (J) өзара тең жəне өзгермейді: i = iр =J = const > 0. (5.1) Бұл шарттар тек призмалық пішіндегі = 0 ds d ω жасанды арналарда (каналдарда) ғана орындалады. Бірқалыпты қозғалыс кезіндегі өтім Шези формуласы арқылы анықталады: Q = R i c 0 0 0 ω (5.2) немесе 5.1 сурет Каналдардың көлденең қималарының пішіндері 77 Q = К0 i (5.3) мұндағы К = 0 0 0 R c ω - бірқалыпты қозғалыстағы судың өтімдік сипаттамасы деп аталады. (5.2) формуланы қанағаттандыратын судың тереңдігін қалыпты тереңдік (һ0) деп атайды. 5.2. Жасанды арналардың /каналдардың/ көлденең қимасының гидравликалық элементтері Су шаруашылыгында қолданылатын жасанды арналардың көлденең қималары дұрыс геометриялық пішінді боп келеді. Канал өзінің көлденең қимасы, ағын тереңдігі мен қима геометриясы арқылы анықталған гидравликалық элементтермен сипатталады. 5.1-суретте каналдардың көлденең қималарының түрлері келтірілген. Осы қималардың негізгі гидравликалық элементтерін былай белгілеу қабылданған: һ - су тереңдігі (судың еркін бетінен канал табанына дейінгі арақашықтық); в - канал табанының ені; В - каналдың көлденең қимасындагы су бетінің ені; m - канал жағасының ылдилық коэффициенті: m = ctg θ . (5.4) Каналдардың гидравликалық есептеулерінде осы айтылған элементерге қоса, солар арқылы анықталатын, мынадай гидравликалық сипаттамалар пайдаланылады: ω - өтім қимасынның ауданы; χ - өтім қимасының сулану периметрінің ұзындығы; R - гидравликалық радиус, R = χ ω (5.5) һ- ағынның орташа тереңдігі, һ = β ω (5.6) β - арынның пішін коэффициенті β = h в (5.7) δ - өтім қимасындағы еркін бе ттің салыстырмалы ені, 78 δ = χ B (5.8) Əр түрлі пішінді қималардағы негізгі гидравликалық элементтерді (сипаттамаларды) анықтау формулалары 5.1-кестеде берілген. 5.1-сурет Каналдардың көлденең қималарының түрлері 5.3. Жасанды арналардың гидравликалық ұтымды қималары Каналдың гидравликалық ұтымды қимасы деп, өтім қимасының ауданы ( ω ) мен еңістігі (і) бірдей қималар ішінде, ең жоғарғы су өткізгіштік қабілеттісін айтады. Шези формуласына жүгінсек Qmax = ω C i Rmax , (5.9) С = у R n max 1 , (5.10) Демек, R → Rmax шартын анықтап алу қажет. Басқа сөзбен айтқанда, аудандары бірдей ( ω =const) қималардың ішінен сулану периметрі χ ең қысқа ( χ → min χ ) болатын пішінді табу керек. Сонда ғана оның гидравликалық радиусы ең үлкен мəнге ие болады R = min χ ω →Rmax, (8.11) 79 Бұндай шартқа тек дөңгелек қима дəл келеді, өйткені өтім аудандары бірдей қималардың ішінде дөңгелектің ғана суланған периметрі ең аз мəнге ие. Сондықтан құбырларды көбіне дөңгелек цилиндр түрінде шығарады. Ал ашық каналдар жартылай дөңгелек түрінде түрғызылса өте тиімді болар еді, өйткені суланған периметр ең аз болғандықтан кедергі де аз болар еді. Кедергісі төмен өткізгіштің су өтім мүмкіншілігі артады. Бірақ дөңгелек пішіндес каналдар тасынды əрекетімен, бірте-бірте трапеция қималы каналдарға айналады. Сондықтан практикада каналдарды бірден трапеция қималы етіп жобалайды. Енді көлденең қимасы трапеция пішіндегі əртүрлі (аудандары бірдей) каналдар үшін гидравликалық ұтымдысын таңдайық. Трапециялық қима үшін χ = в + 2һ 2 1 m + , (5.12) ω = һ(в + mһ). (5.13) (5.13)-тен каналдың түпкі ені в = h ω - mh. (5.14) Осы өрнекті (5.12) теңдеуіндегі в-ның орнына қойсақ, h ω χ = - mh + 2h 2 1 m + , (8.15) Жоғарыда айтылғандай, қима гидравликалық ұтымды болу үшін сулану периметрінің, ( ) hf= χ ең кіші мəнін табу керек. Ол үшін (5.15)-ші теңдеуден туындыны (d χ / dh) тауып, оны нөлге теңеу керек (экстремум) Бүл тəуелділіктен (5.16) Мүндағы γβ r - каналдың түпкі ені (в) мен су тереңдігінің (Һ) өзара гидравликалық ұтымды қатынасы. Оның əр түрлі m үшін табылған γβ r мəндері 8.2-кестеде берілген. Мысалы, арна тік бұрышты болған жағдайда (m=0), қима гидравликалық жағынан үтымды болуы үшін, канал табанының ені су тереңдігінен екі есе көп болуы керек, (8.17) 80 5.2 –кесте m 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 4 γβ r 2 1,56 1,236 1 0,828 0,606 0,472 0,385 0,325 0,246 Трапециялық арна үшін гидравликалық радиус Трапеция пішінді каналдар гидравликалық жағынан ұтымды болғанмен, кейде, əсіресе үлкен каналдар үшін, экономикалық тү-рғыдан алганда тиімді бола бермеуі мүмкін. Сондықтан канал-дарды жобалағанда олардың экономикалық тиімді болуы жағын да қарастырған жөн, ол үшін жер қазу қимасының ауданы барынша аз болуын қамтамасыз ету керек. 5.4. Канал есеп герінің негізгі түрлері жəне оларды шешу жолдары Каналдардың су өткізгіштік қабілеті оның пішініне, өлшемдеріне, бұжырлығына жəне еңістігіне байланысты екендігі белгілі. Бүл шамалардың көбісі каналдарды жобалауда алдын ала беріледі. Мақсат есептің шарты бойынша белгісіз шамаларды табу немесе олардың алдын ала берілген гидравликалық параметрлердің сан мэндеріне сай болуын қамтамасыз ететін шараларды анықтау. Енді осы есептердің түрлеріне тоқталайық. Іа - есеп. Каналдың көлденең қимасының барлық гидравликалық элементтері в, һ, т, п жəне і берілген. Каналдағы су өтімін (Q) анықтау керек. Шешуі. Шезидің су өтімі үшін жазылған (5.2) формуласын пайдаланса болғаны. 16 - есеп. Q, в, /?, жəне in, n берілген. Канал табанының еңістігін (/') анықтау керек. Есепті шешу үшін жоғарыда келтірілген формулалар бойынша со, х, R жəне С шамаларының мəндерін анықтап, Шези формуласы-нан канал табанының еңістігін (/) табады. П - есеп. Q, т, п, і жəне өтім қимасының бір геометриялық параметрі (трапециялық каналдар үшін в, немесе һ, ал параболалық каналдар үшін р, немесе И) берілген. Өтім қимасының белгісіз екінші геометриялық параметрін, сосын орташа жьшдамдыкты (V) анықгау керек. Ауланбергенов Ə.А., Сейтасанов И.С., Жандаулетова Ф.Р. ГИДРАВЛИКА жүктеу/скачать 23,68 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|