Виды и режимы движения жидкости. Критерий Рейнольдса. Характеристика турбулентного потока.
Движение жидкости может быть установившимся (стационарным) и неустановившимся (нестационарным).
При нестационарном движении параметры жидкости (давление, скорость) зависят от времени, при стационарном – не зависят.
Напорное движение - поток полностью заполняет поперечное сечение трубы, безнапорное – неполностью.
Равномерное движение – вдоль трубы скорость жидкости постоянна, неравномерное – переменна.
Впервые режимы течения жидкости изучались Рейнольдсом в 1883г.
Режим движения жидкости может быть ламинарным (струйчатым) или турбулентным (вихревым). При ламинарном режиме все частицы жидкости движутся по параллельным траекториям, поперечное перемешивание отсутствует. При турбулентном режиме частицы жидкости движутся по хаотическим траекториям, хотя вся масса жидкости перемещается в одном направлении.
Переход от ламинарного
режима к турбулентному происходит тем
легче, чем больше массовая скорость
жидкости и диаметр трубы и тем меньше
вязкость жидкости
.
Критерий Рейнольдса
Re:
.
Он является мерой соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке.
Переход от ламинарного режима к турбулетному характеризуется критическим значением Re.
Для прямых гладких труб при Re<2320 – устойчивый ламинарный режим; 2320< Re<10000 – неустойчивый турбулентный (переходный) режим; Re>10000 – устойчивый (развитый) турбулентный режим.
Для ламинарного режима wср=0,5wmax, для турбулентного - wср=(0,85-0,9)wmax..
Рис. эпюра скоростей для турбулентного режима.
Непосредственно у самой стенки тербулентного потока имеется ламинарный подслой очень малой толщины δ. В пределах этого слоя происходит резкий рост скорости от нуля на стенке до конечной величины на ее границе. При дальнейшем удалении от стенки происходит переход в турбулентное ядро.
Уравнение постоянства расхода жидкости
При условии недеформируемости и непроницаемости стеноктрубопровода и отсутствии разрывов и пустот можно записать (для стационарного режима):
- уравнение
неразрывности (сплошности) потока, или
постоянства расхода жидкости. Для любых
поперечных сечений стационарного потока
жидкости массовый ее расход постоянен.
Уравнение постоянства расхода выражает
материальный баланс потока и является
частным случаем закона сохранения
массы.
Для несжимаемой жидкости (ρ=const): V= w · S
Для 2х произвольных поперечных сечений потока можно записать:
или
,
т.е. средние скорости потока обратно
пропорциональны живому сечению потока
или квадрату диаметра трубы..
5. Устройство и принцип действия поршневого насоса. Воздушные колпаки. Индикаторная диаграмма. Диаграмма подачи.
Насос – гидравлическая машина, преобразующая энергию двигателя в механическую энергию перемещаемой жидкости.
1
-Поршень
2- Цилиндр 3,4-всасывающие и нагнетательные
клапаны 5,6 – воздушные колпаки (буферные
ёмкости примерно на ½ заполненные
воздухом) 7,8- линия всасывания и нагнетания
9- шток 10- шатун 11- кривошип
Вращательное движение вала двигателя трансформируется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.
При движении поршня из крайнего левого положения вправо в цилиндре за поршнем образуется вакуум, при этом 3 открывается, а 4 закрывается и жидкость из линии 7 устремляется в цилиндр вслед за поршнем, происходит всасывание жидкости при давлении Рвс. При движении поршня из крайнего правого положения влево давление подскакивает от Рвс до Рн, при этом 3 закрывается, а 4 открывается и происходит выталкивание жидкости из цилиндра под давлением Рн в линию 8, т.е. нагнетание (участок с-d), затем рабочий цикл повторяется.
На схеме ПН простого действия, в нём за 1 поворот кривошипа – 1 всасывание и 1 нагнетание (диаграмма б)
Н а диаграмме а) зависимость абсолютного давления в цилиндре от расстояния (объема), описываемого поршнем в пространистве Рвс, Рн – давление всасывания и нагнетания. На диаграмме б) зависимость объемной подачи ПН простого действия от угла поворота кривошипа: 1рад = 360/2П = 57°18’ ≈ 57,3°.
Для ПН простого действия характерна прирывистость подачи жидкости, т.е. пульсирующий характер подачи. Это приводит к гидроудару при закрывании клапана. Гидроудары вызывают шум, треск, вибрацию и сокращают срок службы ПН. Понизить степень пульсации подачи ПН можно 2 способами:
1)установкой на линиях всасывания и нагнетания воздушных колпаков, они играют роль воздушных подушек – это объясняется способностью воздуха сжиматься при повышении давления; 2)вместо ПН простого действия использовать ПН кратного действия (1,2,3,4-кратного). ПН 2го действия – цилиндр снабжают двойной крышкой с парой клапанов, в нём за 1 оборот кривошипа – 2 всасывания и 2 нагнетания. При этом подача насоса становится более плавной и увеличиваются все основные показатели ПН, в 1ю очередь растет производительность насоса.
Для увеличения производительности применяют многоцилиндровые компрессоры (привод от одного коленчатого вала).
V
,
м3/с
α, рад У ПН з-го и 4-го действия подача ещё более плавная и равно .
м
ерная
и выше производительность