Заключение

В лекции дан вывод уравнения Бернулли для идеальной жидкости при установившемся движении. Рассмотрены значения членов этого уравнения, показан геометрический и энергетический смысл уравнения. Рассмотрено уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. С помощью уравнения Бернулли решаются многие вопросы гидравлики и гидродинамики.

Литература

1. Е.З.Рабинович. " Гидравлика ". Учебник. М. "Недра". 1987.

2. Р.Р.Чугаев. " Гидравлика ". Учебник. Л. Энергоиздат. 1982.

3. П.К. Германович «Гидравлика в нефтегазовом деле". Учебное пособие. Ульяновск. УВВТУ. 2004.

Лекция 7. Теория гидродинамических сопротивлений.

Введение

Одна из основных задач практической гидравлики - оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении реальных жидкостей в различных гидравлических системах.

Точный учёт этих потерь во многом определяет надёжность технических расчётов, степень совершенства и экономическую целесообразность инженерных решений, принимаемых при проектировании.

Чтобы правильно определить возникающие гидравлические сопротивления, необходимо иметь ясное представление о механизме движения жидкости по трубам.

В некоторых случаях при движении жидкости в закрытых руслах происходят явления, связанные с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. с превращением её в пар, а также с выделением из жидкости растворённых в ней газов - т.е. явление кавитации.

При проведении гидравлического расчёта гидравлических систем состоящих из большого количества гидравлических элементов (трубы, задвижки, тройники, угольники и т.п.) используются различного рода теоретические зависимости, в которые входят такие величины как коэффициент шероховатости, коэффициент гидравлического сопротивления и другие.

От правильного определения коэффициентов зависит точность и достоверность гидравлических расчётов.

1. Режимы движения жидкости в трубах. Число Рейнольдса. Элементы подобия гидравлических процессов

1. Режимы движения жидкости в трубах

В 1839 и 1854 г.г. немецким инженером-гидромехаником Г. Хагеном было открыто существование двух принципов разных режимов движения жидкости. В 1880г. этот вопрос рассматривал Д.И. Менделеев. Дополнительно данный опрос исследовал в 1883 году английский физик О. Рейнольдс. На основе весьма простых и наглядных опытов ему со всей очевидностью удалось подтвердить наличие двух режимов движения жидкости. Подобные опыты мы проведем при выполнении соответствующей лабораторной работы.Сущность этих опытов сводится к следующему. Имеется бак А, к которому присоединена горизонтальная стеклянная труба В, снабженная краном С (рисунок 1). Над баком устанавливается сосуд Д с окрашенной жидкостью, подаваемой в трубу В по тонкой трубке Е. Перед проведением опытов бак заполняют водой (например, из водопровода через трубу), и ее уровень поддерживают постоянным при помощи сливной линии Н. Затем, открывая кран С, в трубе В создают поток жидкости, а открывая кран К на трубе Е, в этот поток подают тонкую струю окрашенной жидкости.

Рисунок 1. Схема прибора для демонстрации течений

Постепенно, все более открывая кран С, можно повышать расход, и, следовательно, скорость течения жидкости в трубе В. при этом можно наблюдать следующую картину: при небольших скоростях течения в трубе В окрашенная жидкость движется в виде отчетливо выраженной струйки (рисунок 2). не смешиваясь с потоком неокрашенной воды: при повышении скорости течения окрашенная струйка начинает колебаться и принимает волнообразные очертания. Затем на отдельных ее участках начинают появляться разрывы, она теряет отчетливую форму и, наконец, при каком-то определенном значении скорости полностью разрывается, целиком размываясь жидкостью (рисунок 2). При этом отдельные частицы красящего вещества смешиваются со всей массой жидкости, равномерно ее окрашивая.

Если в этом случае подмешивать в поток жидкости мелкие твердые частицы такой же плотности, что и сама жидкость, перемещение этих частиц будет происходить по весьма сложным криволинейным траекториям.

При проведении опыта в обратном порядке, т.е. при постоянном закрытии крана, наблюдаемые явления повторяются в обратном порядке, но обычно при несколько других значениях скоростей.

Движение жидкости при малых скоростях, когда отдельные струйки жидкости движутся параллельно оси потока, называют ламинарным (от латинского слова «ламина» - слой), или струйчатым. Ламинарное движение можно рассматривать как движение отдельных слоев жидкости, происходящее без перемешивания частиц.

Рисунок 2. Режимы течения .

Второй вид движения жидкости, наблюдаемый при больших скоростях, называют турбулентным («турбулентность» по-латински - вихревой). В этом случае в движении жидкости нет видимой закономерности. Отдельные частицы перемешиваются между собой и движутся по самым причудливым, все время изменяющимся траекториям. Такое движение называют беспорядочным. В действительности, однако, и при турбулентном режиме имеют место определенные закономерности.

С огласно теории Прандтля турбулентное движение условно делится на «турбулентное ядро» в центре потока и тонкий «ламинарный слой» по периметру у стенки трубы (рисунок 3).

Рисунок. 3. Схема турбулентного потока

Толщину ламинарного слоя приближенно можно вычислить по одной из следующих формул:

где - внутренний диаметр трубы;

- число Рейнольдса;

коэффициент гидравлического сопротивления.

Обобщив результаты своих опытов, проведенных на круглых трубах, а также исходя из некоторых теоретических соображений, Рейнольдс нашел общие условия, при которых возможны существование того или иного режима и переход от одного режима к другому. Он установил, что основными факторами, определяющими характер режима, являются: средняя скорость движения жидкости , диаметр трубопровода d, плотность жидкости , ее абсолютная вязкость . При этом чем больше размеры поперечного сечения и плотность жидкости и чем меньше ее вязкость, тем легче, увеличивая скорость, осуществить турбулентный режим.