Учебная литература к работе 6

1(с.379…385, с389..393, с.398,399), 2(с.284…288, с.291..297), 3(с.106…109, с.115), 4(с.106…112), 5(с.199.210, с.215…220, с.222…225).

Лабораторная работа 7 экспериментальное изучение прямого гидравлического удара в напорном трубопроводе

Вводная часть. Гидравлическим ударом называется изменение (повышение или понижение) давления в напорном трубопроводе при резком изменении скорости движения жидкости (например, в результате резкого закрытия или открытия затвора).

Повышение давления при гидравлическом ударе может быть настолько большим, что способно привести к разрыву трубопровода.

При быстром закрытии затвора сначала остановится не вся масса жидкости, заключенная в трубопроводе, а лишь часть ее, находящаяся непосредственно перед затвором (рис. 1). Это происходит благодаря инерции и упругим свойствам жидкости и материала трубы ( остановившаяся масса жидкости несколько сжимается, труба расширяется, а давление в жидкости резко возрастает). Затем повышение давления весьма быстро распространяется по трубопроводу от затвора к резервуару. Скорость распространения повышения давления называют скоростью распространения ударной волны С. После того как во всем трубопроводе давление повысится, жидкость начнет выходить из зоны повышенного давления обратно в резервуар, давление в трубопроводе начнет понижаться. Затем в зону пониженного давления снова пойдет жидкость из резервуара, и давление снова повысится. Благодаря упругим свойствам жидкости и стенок трубопровода этот процесс довольно быстро затухает. Наиболее опасным является первое повышение давления.

Ударная волна пройдет по всему трубопроводу (от затвора до резервуара) за время t = l/С (здесь l – длина трубопровода). Время одного цикла, включающего повышение и понижение давления, называется фазой удара T = 2l/С.

Если время закрытия t_з затвора меньше или равно фазе удара Т ( t_з  Т ), удар называется прямым.

Удар может возникнуть, например, при внезапном выключении насоса, подающего воду по нагнетательному трубопроводу в резервуар. Жидкость после выключения насоса по инерции некоторое время будет двигаться, и в трубопроводе возникнет пониженное давление. Затем начнется обратное движение жидкости из резервуара в область пониженного давления в трубопроводе, и давление здесь повысится подобно тому, как это наблюдалось при прямом ударе.

Из изложенного ясно, что параметры движения жидкости при гидравлическом ударе изменяются с течением времени. Следовательно, при гидравлическом ударе движение жидкости является неустановившимся.

Для определения повышения давления р при прямом гидравлическом ударе Н. Е. Жуковским в 1898 г. предложена формула

(1)

где  - плотность жидкости;

С - скорость распространения ударной волны;

 - средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до закрытия затвора ( при установившемся движении).

Величину С вычисляют по формуле

(2)

где - скорость звука в жидкой среде (для воды С_зв 1425 м/с);

Е_ж и Е_тр – модули упругости соответственно жидкости и материала трубопровода ( для воды Е_в 1,96  10⁹ Па, для стали Е_тр 1,96  10¹¹Па);

d - внутренний диаметр трубопровода;  - толщина стенки трубопровода.

Описание установки. Установка состоит из горизонтального стального трубопровода, присоединенного к напорному резервуару , в котором уровень воды во время опытов поддерживается на постоянной отметке с помощью переливного устройства. В конце трубопровода имеется вентиль для регулирования скорости движения воды в нем, клапанный затвор, позволяющий практически мгновенно перекрывать трубопровод, пружинный манометр, с помощью которого измеряется давление в жидкости до и в момент закрытия затвора.

Для измерения расхода воды служит мерный бак, снабженный водомерной трубкой со шкалой, и секундомер.

Цель работы: Определить опытным путем величину повышения давления р_оп при прямом гидравлическом ударе в напорном трубопроводе, сравнить ее с величиной р, вычисленной по формуле Н. Е. Жуковского, и подсчитать относительное отклонение .