Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Физический смысл,

Применение.

Уравнение неразрывности потока отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей. Если взять два сечения трубки, площади которых равны S₁ и S₂, то можно написать: ρ₁v₁S₁=ρ₂v₂S₂; где ρ – плотность жидкости, v – скорость жидкости; S – площадь поперечного сечения трубки. Если жидкость несжимаема, то ρ₁=ρ₂, и соотношение принимает вид: v₁S₁=v₂S₂; Это соотношение называется уравнением неразрывности. Его физический смысл заключается в том, что жидкость нигде не накапливается, то есть за одинаковый временной интервал в трубку втекает и вытекает равное количество жидкости. Т.о. при увеличении площади сечения потока жидкости средняя скорость уменьшается, и, наоборот, при уменьшении сечения – скорость увеличивается. Такая обратная зависимость между скоростью и площадью является важным следствием уравнения неразрывности и применяется в технике, например, при тушении пожара для получения сильной и дальнобойной струи воды.

 

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Физический смысл,

Применение в практических расчетах.

В реальных потоках жидкости присутствуют силы вязкого трения. В результате слои жидкости трутся друг об друга в процессе движения. На это трение затрачивается часть энергии потока. По этой причине в процессе движения неизбежны потери энергии. Эта энергия, как и при любом трении, преобразуется в тепловую энергию. Из-за этих потерь энергия потока жидкости по длине потока, и в его направлении постоянно уменьшается. Т.е. напор потока в направлении движения потока становится меньше. Если рассмотреть два соседних сечения 1-1 и 2-2, то потери гидродинамического напора Δh составят: Δh=H_1-1 – H_2-2 ; где H_1-1 - напор в первом сечении потока жидкости; H_2-2 - напор во втором сечении потока; Δh - потерянный напор - энергия, потерянная каждой единицей веса движущейся жидкости на преодоление сопротивлений на пути потока от сечения 1-1 до сечения 2-2. С учётом потерь энергии уравнение Бернулли для потока реальной жидкости будет выглядеть

где Z – это геометрическая высота; a – коэф. Кориолиса; Δh – напор на преодоление путевых сопротивлений, то есть на преодоление сил трения и местных сопротивлений трубопроводов. Уравнение Бернулли широко применяется в технике, как для выполнения гидравлических расчетов, так и для решения ряда практических задач. Одной из таких задач является измерение скорости и расхода жидкости (например при расчете истечения жидкости из отверстий и насадков).

 

Гидравлический расчет трубопроводов (типы трубопроводов, задачи

Истечение через отверстия и насадки (типы отверстий и насадок, задачи

Равномерное движение жидкости в открытых каналах (характеристика

Неравномерное движение жидкости в открытых каналах (характеристика

движения, задачи и общая методика расчета).

       Неравномерным движением называется такое, при котором скорости в сходных точках двух смежных сечениях не равны между собой; при этом средняя скорость и площадь сечения могут быть и постоянными. Примером неравномерного движения служит движение жидкости в трубе переменного сечения (например в конической трубе) или в канале, глубина потока в котором изменяется из-за возведения гидротехнических сооружений. Одной из глав­ных задач теории неравномерного движения является исследование из­менения глубины потока по длине. Другой основной задачей при расчете неравномерного движения является построение кривых свободной поверхности. При этом в случае кривых подпора можно определить отметки подъема воды в русле и принять меры против затопления. В случае кривых спада, то есть при уменьшении глубин и увеличении скорости можно рассчитать необходимое укрепление русла, обеспечивающее нормальную работу без размыва.

Уравнение, задачи расчета.

Водослив (водосливное отверстие) – это та часть сооружения, стесняющего поток, через которую происходит безнапорное истечение жидкости. Т.е. это преграда, небольшой порог, через который вода может переливаться. По очертанию и размерам водосливной стенки водосливы бывают: 1)с тонкой стенкой; 2)с широким порогом; 3)практического профиля. Водосливом с тонкой стенкой (острым гребнем) считается такой водослив, толщина которого не влияет на характер истечения. Водослив с широким порогом имеет горизонтальную поверхность гребня в направлении движения настолько широкую, что течение хотя бы на некотором его участке является плавноизменяющимся. Водосливом практического профиля считается любой водослив, отличающийся от водослива с тонкой стенкой и водослива с широким порогом. Водосливы с тонкой стенкой чаще всего применяются в качестве мерных водосливов, служащих для определения расхода. Водосливы практического профиля, а также с широким порогом применяются при устройстве плотин. Расход через водослив определяется по формуле: Q=v*ω; где v – скорость на гребне водослива; ω – площадь струи на гребне водослива. Так как площадь прямо пропорциональна произведению b*H, а скорость величине √(2gH), то расход Q можно переписать как Q=mbH√(2gH); где m – коэффициент пропорциональности; b – ширина порога; H – напор.

 

Прыжка.

Гидравлическим прыжком называется резкое увеличение глубины потока от величины h′, меньшей h_кр, до величины h′′, большей h_кр. Глубины до и после прыжка (h′ и h′′) называются сопряженными глубинами. Расстояние между сечениями с сопряжёнными глубинами называется длиной гидравлического прыжка L_п. Высота гидравлического прыжка – разность глубин а = h′′ - h′.  Основными видами гидравлического прыжка являются: 1)совершенный гидравлический прыжок; 2)несовершенный гидравлический прыжок; 3)волнистый прыжок; 4)несвободный (подпёртый) прыжок; 5)затопленный (подтопленный) прыжок; 6)поверхностный прыжок. Совершенный гидравлический прыжок образуется при h′ < 0,6h_кр. Несовершенный гидравлический прыжок образуется при 0,6h_кр< h′ ≤ 0,7h_кр. Волнистый прыжок (затухающая волна) образуется при 0,7h_кр< h′ ≤ 1,0h_кр.

 

Расчета.

Гаситель энергии потока - устройство, служащее для гашения избыточной кинетической энергии воды и перераспределения скоростей потока в нижнем бьефе водосброса. Различают следующие виды гасителей энергии: 1)Водобойные колодцы. Для затопления гидравлического прыжка часть дна нижнего бьефа опускают на величину d – глубину колодца. 2)Водобойные стенки. Затопление прыжка в данном случае происходит за счет создания подпора перед водосливной стенкой высотой c. 3) Комбинированные колодцы. Используется сочетание предыдущих двух принципов. 4) Специальные гасители энергии. На пути движения потока устраиваются различные препятствия, например, бетонные пирсы. Данные сооружения не поддаются гидравлическому расчету, поэтому их размеры, расположение в плане приходится устанавливать в ходе эксперимента. Расчет гасителя энергии начинается с определения, требуется или нет гаситель энергии воды у перепада. Если требуется, то задачей расчета является определение высоты стенки и длины гасителя энергии.

 

Элементы.

Сопрягающими называются сооружения, с помощью которых на относительно коротком участке, поток переводится на более низкие отметки местности, с гашением его избыточной энергии. Сопрягающие сооружения предназначены для сопряжения участков каналов, расположенных на различных отметках в местах падения рельефа местности. Основное назначение сопрягающих сооружений — гашение избыточной энергии воды. По условиям движения потока эти сооружения делят на две основные группы: без отрыва от жестких границ — быстротоки, трубчатые быстротоки и перепады; с отрывом от жестких границ сооружения на отдельных его участках — ступенчатые и консольные перепады. В пределах каждого из сопрягающих сооружений поток перемещается с верхнего участка канала на нижний, а его избыточная кинетическая энергия гасится с помощью специальных устройств. Выбор типа сопрягающего сооружения с учетом перечисленных требований осуществляется на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Изображение, применение.

Одной из важнейших задач, которые приходится решать при эксплуатации насоса, является регулирование его подачи. Напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Зависимость напора центробежного насоса от его объемной подачи изображают в виде графика, который называется напорной характеристикой насоса. Напорная характеристика зависит от конструкции насоса (модели), скорости вращения рабочего колеса и вязкости перекачиваемой жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем ниже располагается напорная характеристика. Напорная характеристика насоса дает представление о возможностях данного насоса.  Напорная характеристика насоса служит основным критерием при выборе того или иного типа насоса, поскольку его характеристика должны соответствовать характеристикам производственного процесса.

 

Сооружений.

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений для обеспечения определенной (данной) группы потребителей (данного объекта) водой в требуемых количествах и требуемого качества. По виду источника водоснабжения различают водопроводы с водозабором из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища) и с использованием подземных грунтовых вод (скважины, колодцы). Выбор источника осуществляется на основе гидрогеологических и санитарных исследований. По характеру использования воды различают прямоточные системы, в которых вода после использования сбрасывается в канализацию, и оборотные – вода после очистки многократно используется на том же объекте. Для получения воды из природных источников, её очистки в соответствии с нуждами потребителей и для подачи к местам потребления служат следующие сооружения: 1)водоприёмные сооружения; 2)насосные станции первого подъёма, подающие воду к местам её очистки; 3)очистные сооружения; 4)сборные резервуары чистой воды; 5)насосные станции второго или последующих подъёмов, подающие очищенную воду в город или на промышленные предприятия; 6)водоводы и водопроводные сети, служащие для подачи воды потребителям. Общая схема водоснабжения может видоизменяться в зависимости от конкретных условий. Если, например, вода источника не требует очистки, из схемы выпадают очистные и связанные с ними сооружения. При расположении источника на более высоких отметках, чем снабжаемый водой объект, вода может быть подана самотёком, и поэтому нет необходимости в устройстве насосных станций.

 

Расходов воды.

Водопотребление – это потребление водных ресурсов вне водных источников для удовлетворения нужд населения, промышленности, сельского и коммунального хозяйства и др. Вода расходуется на орошение и обводнение земель и сельхозводоснабжение. Главный водопотребитель в сельском хозяйстве - орошение. Оно требует больших затрат воды, которая расходуется на транспирацию и испарение с по­верхности почвы и листьев растений, фильтрацию. При этом более 60-80% забранной воды теряется безвозвратно, и лишь небольшая ее часть возвращается через коллекторно-дренажную сеть в виде возвратных вод. Как водопотребитель орошение отличается сезонной не­равномерностью. Наибольшая потребность в воде приходится на периоды вегетации. Суточная и недельная неравномерность хотя и имеется, но проявляется не резко. Норма водопотребления на орошение зависит от трех факторов: площадей орошения, состава культур и техники полива. Система водоснабжения должна быть рассчитана на подачу требуемого количества воды в сутки наибольшего водопотребления. Расчетное суточное водопотребление определяется для каждого потребителя в отдельности, а затем суммируется.

 

Источнике, Требования к качеству хозяйственно-питьевой воды.

Источники водоснабжения - это скопления природных вод, используемых для хозяйственного, питьевого, промышленного, сельскохозяйственного и других видов водоснабжения. Запасы влаги в почве выражают в кубических метрах на гектар (тоннах на гектар) или в мм водного слоя. На практике учитывают общий и полезный (продуктивный) запасы воды в почве. Общий запас воды (ОЗВ) составляет суммарное количество влаги в заданном слое почвы, а продуктивный запас воды (ПЗВ) в почве - суммарное количество продуктивной, или доступной для растений, влаги в заданной толще почвогрунта. Чтобы рассчитать ПЗВ в почве, нужно вычислить ОЗВ и запас труднодоступной влаги (ЗТВ). Разность между ОЗВ и ЗТВ дает количество продуктивной влаги в почве. Запасы воды определяют в течение вегетационного периода в пахотном или в метровом слое почвы. Для этого на выделенных площадках берут пробы до заданной глубины в каждом 10-сантиметровом слое для определения влажности и плотности почвы. Для сокращения расчетов обычно определяют средние значения влажности и плотности почвы в слоях 0-30, 30-50 и 50-100 см. Запасы воды, м3/га, в отдельном горизонте или слое почвы конкретной мощности определяют по формуле:

Основные требования, предъявляемые к хозяйственной и питьевой воде — это ее безвредность для организма человека, хорошие органолептические показатели и пригодность для хозяйственно-бытовых процессов. Качество воды, подаваемой централизованными водопроводами для хозяйственно-питьевых целей, определяется по ГОСТ 2874-54.

Сооружений.

Система водоотведения – это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для отвода сточных вод от потребителя и их последующей доставки к очистным системам. Классификация: 1)По способу транспортировки сточных вод: вывозная, сплавная; 2)в зависимости от характера загрязнений отводимых сточных вод: бытовые, производственные, объединенные, дождевые; 3)в зависимости от характера поступления вод и их транспортирования: общесплавную, раздельную, комбинированную системы; 4)по типу схемы трассирования уличных сетей: объемлющая трассировка, трассировка по пониженной стороне квартала, чрезквартальная. Совместное отведение различных видов производственных сточных вод целесообразно, если они нуждаются в совместной очистке и если взаимодействие этих вод не приведет к образованию в водоотводящей сети токсичных или взрывоопасных газов или паров либо к выделению большого количества осадка. Уличная водоотводящая сеть, насосные станции, очистные сооружения и устройства для выпуска очищенных вод в водоем образуют систему водоотведения поселения. Уличная водоотводящая сеть служит для транспортирования сточных вод, поступающих от отдельных кварталов населенного пункта в один трубопровод, называемый коллектором. При необходимости перекачки сточных вод из отдельных районов устраивают насосные станции. От главной насосной станции стоки поступают на очистные сооружения, где происходит их очистка до необходимой степени. Устройство для выпуска очищенных вод в водоем – специальное сооружение, конструкция которых обеспечивает быстрое и интенсивное смешение сточных вод с водой водоема.

 

Применение.

Уравнение неразрывности потока отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей. Если взять два сечения трубки, площади которых равны S₁ и S₂, то можно написать: ρ₁v₁S₁=ρ₂v₂S₂; где ρ – плотность жидкости, v – скорость жидкости; S – площадь поперечного сечения трубки. Если жидкость несжимаема, то ρ₁=ρ₂, и соотношение принимает вид: v₁S₁=v₂S₂; Это соотношение называется уравнением неразрывности. Его физический смысл заключается в том, что жидкость нигде не накапливается, то есть за одинаковый временной интервал в трубку втекает и вытекает равное количество жидкости. Т.о. при увеличении площади сечения потока жидкости средняя скорость уменьшается, и, наоборот, при уменьшении сечения – скорость увеличивается. Такая обратная зависимость между скоростью и площадью является важным следствием уравнения неразрывности и применяется в технике, например, при тушении пожара для получения сильной и дальнобойной струи воды.

 

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Физический смысл,

1234Следующая ⇒

Поделиться: