Физические свойства жидкости

Введение

Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и механического движения жидкостей и разрабатывающая методы применения этих законов для решения различных прикладных задач. Слово «гидравлика» означало сначала учение о движении воды по трубам. «Хюдор» – вода, «аулос» – труба, желоб (греч.).

Гидравлика – техническая механика жидкостей, при решении практических задач широко используются те или иные допущения, упрощающие рассматриваемый вопрос. Поэтому гидравлические решения сплошь и рядом носят приближенный характер. Очень часто они основываются на результатах экспериментов – используются эмпирические и полуэмпирические формулы. При этом стремятся к оценке только главных характеристик изучаемых явлений и часто оперируют теми или иными осредненными величинами.

Экспериментальные исследования в гидравлике имеют важное значение. Еще Леонардо да Винчи по этому поводу заметил: " Всякий раз, когда имеешь дело с водой, прежде всего обратись к опыту, а потом уже рассуждай".

Кроме гидравлики (технической механики жидкостей), вопросы покоя и движения жидкостей изучает теоретическая гидромеханика, имеющая строго математический характер. Эти решения не всегда могут быть применимы для расчетов, но они помогают раскрывать общие закономерности изучаемых явлении.

В настоящее время почти во всех областях техники, в том числе и в пищевой промышленности, применяются различные гидравлические устройства. Без гидравлики практически невозможно было бы проектирование и применение различных аппаратов, машин и механизмов.

Гидравлика является одной из древнейших наук, развивающейся более XX веков. Первым научным трудом в области гидравлики считается трактат Архимеда (III век до н. э.) «О плавающих телах...».

Теория, изложенная в этом труде, до сих пор лежит в основе учения о равновесии плавающих тел, хотя сведения о некоторых гидравлических законах были известны и ранее, т. к. до этого строились каналы, водопроводы и т. п. В Древнем Египте, Индии, Китае были построены каналы и водохранилища грандиозных по тем временам размеров. Вот некоторые их характеристики: глубина некоторых водохранилищ в Древней Индии достигала 15 м; в Китае Великий канал длиной 1800 км (сооружен около 2500 лет назад); в Риме городской водопровод, часть из которого до сих пор существует и используется (построен около 2300 лет назад).

Некоторые каналы, построенные в низовьях Аму-Дарьи используют по сей день после реставрации и реконструкции. В Х – ХI веках на Руси уже существовали водопроводы из гончарных и деревянных труб.

Возрождение и подъем в развитии гидравлики начался только через 17 веков после Архимеда. В XV – XVI вв. Леонардо да Винчи написал работу «О движении и измерении воды» - опубликована она только через 400 лет. С. Стевин опубликовал «Начала гидравлики», Галилео Галилей в 1612 г. в трактате «Рассуждение о телах, пребывающих в воде...» рассмотрел основные законы плавания и гидростатический парадокс. Е. Торичелли получил формулу скорости истечения невязкой жидкости из резервуаров через отверстия. Б. Паскаль открыл закон о передаче давления в жидкости, на основе которого были созданы простые гидростатические машины. Исаак Ньютон в 1686 г. сформулировал гипотезу о внутреннем трении в жидкости.

Однако указанные работы касались только отдельных разделов гидравлики, несмотря на попытку Леонардо да Винчи связать гидравлические законы с механическими. Формирование гидравлики как науки на прочной теоретической основе стало возможным после публикации работ членов Российской Академии: М. В. Ломоносова, Д. Бернулли (инженерная гидравлика), Л. Эйлера (классическая гидромеханика), таким образм, их можно рассматривать как основоположников гидравлики.

Ломоносов в диссертации «Рассуждение о твердости и жидкости тел» сформулировал открытые им законы сохранения вещества и энергии. Бернулли в 1738 году опубликовал выведенное им уравнение, которое служит основой теоретических построений и практических расчетов в гидравлике, в гидродинамике. Ломоносов изобрел универсальный барометр, вискозиметр.

Первый справочник по гидравлике издал А. Колмаков в Петербурге. Книга называлась «Карманная книга для вычисления количества воды, протекающей через трубы, отверстия...».

Велики заслуги зарубежных ученых Шези, Дюбуа, Вентури, Вейсбаха, Базена, Рейнольдса и других; русских и советских ученых Громеко И. С., Менделеева Д. И. (заключение о наличии 2-х режимов движения), Петрова Н. П., Жуковского Н. Е. (гидравлический удар, теория в области фильтрации). Жуковский – основатель научной школы аэродинамики.

Жидкость. Основные понятия

Жидкость представляет собой физическое тело, в котором силы межмолекулярного сцепления меньше, чем у твердых тел. Поэтому частицы жидкости легкоподвижны и приобретают как поступательное, так и вращательное движение, различают капельные и газообразные жидкости. Капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию, практически полной несжимаемостью, малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям, что обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости и незначительной температурной расширяемостью. К капельным жидкостям относят воду, нефть, глицерин, бензин, спирт и т. д. Газообразные жидкости изменяют свой объем под влиянием указанных факторов в значительной степени, поэтому в гидравлике рассматривают обычно капельные жидкости, а газообразные рассматриваются в термодинамике и аэродинамике. При изменении давления или температуры жидкое тело может переходить в твердое или газообразное.

Таким образом, жидкость есть физическое тело, обладающее двумя отличительными свойствами:

1. Она весьма мало изменяет свой объем при изменении давления или температуры (сходна в этом с твердыми телами).

2. Она обладает текучестью, благодаря чему жидкость не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в который она помещена (в этом она сходна с газом).

Жидкость настолько подвижна, что может течь под действием силы тяжести. Текучесть обусловлена тем, что в покоящемся состоянии она не способна сопротивляться внутренним касательным усилиям. Жидкость в покое не может иметь касательных напряжений и поэтому принимает форму сосуда, в который заключена.

Как показывает опыт, жидкости, встречающиеся в природе, столь мало изменяют объем при изменении давления р и температуры Т, что этим изменением можно пренебречь и рассматривать ее как абсолютно несжимаемое тело. В газах же этими свойствами пренебрегать нельзя.

В движущейся жидкости касательные напряжения имеют место. Именно при движении по поверхности скольжения жидких слоев друг по другу возникает трение, которое уравновешивает внутренние касательные силы.

Свойство жидкости, обусловливающее возникновение в ней при движении касательных напряжении, называется вязкостью.

При аналитических исследованиях для облегчения решения многих задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости. Идеальной жидкостью называют воображаемую жидкость, которая характеризуется:

- абсолютной неизменяемостью объема при изменении давления или температуры (абсолютно несжимаемое тело);

- абсолютной подвижностью частиц, т. е. полным отсутствием вязкости, сил трения при ее движении.

Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости в природе не существует. Ее создают в воображении как чисто отвлеченную модель жидкой среды.

Но рассматривая вместо реальной жидкости идеальную, мы в ряде случаев не делаем большой ошибки. Только пренебрежение вязкостью может дать более или менее существенное расхождение с действительными условиями.

Неньютоновские жидкости. Основные понятия

Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, которые не подчиняются основному закону внутреннего трения Ньютона–Петрова. Они достаточно часто встречаются в природе и имеют широкое применение в быту и технике.

Основной характеристикой неньютоновских жидкостей являются так называемые кривые течения (реограммы), изображающие графически зависимость между градиентом скорости (скоростью сдвига), обозначаемым , и возникающим в ней касательным напряжением .

Для ньютоновских жидкостей кривые течения носят линейный характер, описываются уравнением

или

и изображаются на графике прямыми линиями, проходящими через начало координат (рис. 4). Вязкость этих жидкостей определяется углом наклона соответствующей прямой реограммы к горизонтальной оси и является единственной постоянной, полностью характеризующей реологические свойства жидкости при данных температуре и давлении независимо от градиента скорости.

Кривые течения неньютоновских жидкостей весьма многообразны и в общем случае не являются линейными. Расположение этих кривых на графике и их форма (рис. 4) определяют класс неньютоновской жидкости и характеризуют особенности ее течения.

1 – ньютоновская жидкость

2 – дилатантная жидкость

3 – псевдопластичная жидкость

4 – вязкопластичная жидкость

Рисунок 4 – Примеры реологических кривых течения жидкостей

Кривые течения псевдопластичных и дилатантных жидкостей хорошо описываются степенной зависимостью вида:

где k – мера консистенции жидкости;

n – характеристика степени неньютоновского поведения жидкости;

k, n – постоянные для данной жидкости величины;

Чем выше вязкость, тем больше значение k, а чем больше значение n отличается от единицы (ньютоновская жидкость), тем сильнее проявляются её неньютоновские свойства. Для псевдопластичной жидкости n< 1, а для дилатантной n> 1.

Для вязкопластичной жидкости уравнение может быть записано в следующем виде:

где: – предел текучести или начальное напряжение сдвига.

Для характеристики реологических свойств неньютоновсих жидкостей вводится понятие эффективной кажущейся вязкости. Это некоторая условная характеристика, используемая при выполнении расчетов по обычным формулам гидравлики ньютоновских жидкостей. Она даже для данной жидкости не является постоянной, а зависит от градиента скорости и напряжения сдвига и определяется на реограмме углами наклона прямых, соединяющих начало координат с точками кривой течения.

Рисунок 5 – К определению

У псевдопластичных жидкостей эффективная вязкость с увеличением или уменьшается. Эти жидкости при течении как бы разжижаются. У дилатантных, наоборот, при возрастании или вязкость увеличивается, жидкости при этом загустевают.

К неньютоновским жидкостям можно отнести многие пищевые жидкости: кефир, сметана, сгущенное молоко, томатные пасты и т. п.

ГИДРОСТАТИКА

Положение центра давления

Определим, как рассчитывается сила гидростатического давления на плоскую стенку, которая наклонена под углом при одностороннем воздействии жидкости (рис. 18). Одну координатную ось направим вдоль стенки, а другую по линии пересечения стенки со свободной поверхностью. Для удобства развернем проекцию стенки в плоскость чертежа. Выделим на ней фигуру площадью . Между любой координатой у и глубиной погружения h существует следующая связь: .

Рисунок 18 – К определению силы давления на плоскую стенку

На каждый бесконечно малый элемент площади действует элементарная сила , а давление в центре тяжести равно .

Тогда элементарная сила .

Суммарная сила давления на всю площадь ω может быть получена интегрированием по площади :

где –статический момент площади относительно оси x.

Известно, что статический момент площади равен произведению координаты центра тяжести на площадь фигуры:

откуда можно записать, что суммарная сила гидростатического давления равна:

или ,

где – давление в центре тяжести.

Таким образом, сила гидростатического давления на плоскую поверхность равна произведению гидростатического давления в центре тяжести этой поверхности на ее площадь.

Центром давления называется точка приложения полной силы гидростатического давления, действующей на данную поверхность.

Для определения положения центра давления воспользуемся известной теоремой статики: момент равнодействующей силы равен сумме моментов сил ее составляющих.

То есть .

Из этого выражения можно найти искомую координату центра давления (точки D ):

где – момент инерции площади относительно оси x.

Но момент инерции относительно любой оси может быть выражен через момент инерции относительно центральной оси (оси, проходящей через центр тяжести фигуры).

где а – расстояние между осями (в нашем случае ).

Тогда или .

Используя уравнение связи между глубиной h и координатой y, получим уравнение для определения глубины погружения центра давления:

Это выражение показывает, что центр давления лежит всегда ниже центра тяжести (кроме давления на горизонтальную плоскость, когда они совпадают).

ГИДРОСТАТИКА

Режимы движения жидкости

Одна из основных задач практической гидравлики − оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении реальных жидкостей в различных гидравлических системах. Точный учет этих потерь во многом определяет надежность технических расчетов.

Чтобы правильно определить эти сопротивления, прежде всего необходимо составить ясное представление о механизме самого движения жидкостей. При исследованиях вопроса пришли к заключению о существовании двух различных, резко отличающихся режимов движения. Это было известно еще в первой половине XIX века, но со всей очевидностью подтверждено в 1883 году известным физиком Рейнольдсом на основе весьма простых и наглядных опытов.

Рисунок 31 – Схема установки Рейнольдса

Рейнольдс пропускал жидкость из бака Б, в котором с помощью перелива 7 поддерживался постоянный уровень, через стеклянные трубки различного диаметра, регулируя скорость движения жидкости в них кранами 1 и 5. По тонкой трубке 3 с заостренным концом ко входу в стеклянную трубку 4 подводилась окрашенная жидкость из сосуда 2. Средняя скорость V в трубке 4, имеющей площадь живого сечения ω , определялась по объему жидкости W, поступившей в мерный сосуд 6 за время t (рис. 31).

Как показывают исследования, структура потока при различных скоростях течения различна.

При малых скоростях течения в потоке жидкости появляются окрашенные струйки. Они движутся прямолинейно, без пульсаций, не перемешиваясь с соседними слоями жидкости (рис. 31а). Такое параллельно-струйное спокойное движение жидкости без поперечного перемешивания и при отсутствии пульсации скорости и давления называют ламинарным (слоистым) режимом движения жидкости.

При постепенном увеличении скорости движения жидкости при некоторой скорости течения параллельно-струйное движение нарушится, окрашенные струйки станут пульсирующими, появятся разрывы. А при дальнейшем увеличении скорости окрашенные струйки исчезнут, перемешавшись с потоком жидкости (рис. 31б). Движение станет беспорядочным вследствие пульсации скоростей и давления, что и приводит к перемешиванию частиц жидкости. Движение жидкости, во время которого происходит пульсация скоростей и давления, называют турбулентным (беспорядочным) режимом движения.

Обобщив результаты своих опытов, Рейнольдс нашел общие условия, при которых возможны существование того или иного режима или переход одного режима к другому. Он установил, что основными факторами, определяющими характер режима, являются: средняя скорость движения жидкости V, внутренний диаметр трубы d, плотность жидкости ρ и динамическая вязкость η .

Для характеристики режима движения Рейнольдс ввел безразмерный параметр Re, учитывающий влияние перечисленных факторов, называемый числом (или критерием) Рейнольдса.

Re=Vdρ /η , но η /ρ =ν , тогда Re=Vd/ν .

Границы существования того или иного режима движения жидкости определяются двумя числами Рейнольдса, которые называются критическими: нижним Re_K_р._H_.=2320 и верхним Re_Kp_._B.=13800 (сам Рейнольдс получил несколько иные значения Re_K_р._H_.=2000 Re_Kp_._B_.=12000). Значения скоростей, соответствующие этим значениям числа Рейнольдса, также называют критическими (нижней критической V_h_._k_. и верхней критической V_b_._k_.).

Таким образом, при Re< Re_K_р._H_. (соответственно V< V_h_._k_.) возможен только ламинарный режим, при Re> Re_Kp_._B_. (V> V_В.К.) − турбулентный, а при Re_Kp_._H_.< Re< Re_Kp_.В_., или V_Н.К.< V< V_В.К.) наблюдается неустойчивое состояние потока.

Тогда для определения характера режима движения жидкости необходимо в каждом отдельном случае вычислять число Рейнольдса Re=Vd/ν и сравнивать результат с критическими значениями.

В настоящее время при расчетах принято исходить только из нижнего значения критического числа Рейнольдса Re_К_p_.=2320 и считать режим ламинарным при Re< 2320, а турбулентным при Re> 2320. При этом движение в неустойчивой зоне исключается из рассмотрения, что приводит к некоторому запасу и большей надежности в гидравлических расчетах.

С физической точки зрения критерий Re есть отношение сил инерции потока к силам трения при его движении.

Определение режима движения жидкости в практических расчетах имеет очень важное значение. Опыты показали, что потери напора по длине потока при ламинарном режиме движения пропорциональны средней скорости в первой степени:

h_ω=k_лV,

где h_ω − потери напора по длине потока;

к_л − коэффициент пропорциональности;

V − средняя скорость течения потока.

Для турбулентного режима движения потери напора по длине потока пропорциональны средней скорости в степени n:

h_ω=k_лVⁿ,

где n – показатель степени, изменяющийся от 1, 75 до 2.

Покажем на графике (рис. 32) соотношение между потерями напора h_ω и числом Re. Как видно, с увеличением числа Рейнольдса показатель степени увеличивается. При развитой турбулентности n=2. Следовательно, при определении потерь напора надо знать характер режима движения, а затем уже выбрать соответствующую формулу для определения потерь напора.

Рисунок 32 Зависимость h_ω=f(Re)

Сложение потерь напора

Во многих случаях при движении жидкостей в различных гидравлических системах (например, трубопроводах) имеют место одновременно потери напора на трение по длине и местные потери. Полная потеря напора в подобных случаях определяется как арифметическая сумма потерь всех видов.

При определении потерь во всем потоке допускается, что каждое сопротивление не зависит от соседних. Поэтому общие потери складываются из суммы потерь, вызванных каждым сопротивлением.

Если трубопровод состоит из нескольких участков длинами различного диаметра с несколькими местными сопротивлениями, то полную потерю напору находят по формуле:

где ,

, , …, , , , …, , , , …, – коэффициенты сопротивлений и средние скорости для отдельных участков и местных сопротивлений.

3.6 Влияние различных факторов на коэффициент

Наибольшую сложность при расчете потерь напора представляет собой расчет коэффициента гидравлического трения , на который оказывают влияния многие параметры потока и трубопровода.

Исследованиям влияния различных факторов на значение коэффициента гидравлического трения посвящено большое число экспериментальных и теоретических работ. Наиболее тщательно эти опыты были поставлены Никурадзе И. (1932 г.). Они проводились на трубах с искусственной шероховатостью, которая создавалась наклеиванием зерен песка однородной шероховатости на внутреннюю поверхность труб. В трубах определялась потеря напора при различных расходах и по формуле Дарси–Вейсбаха вычислялся коэффициент , значения которого наносились на график в функции числа Рейнольдса Rе.

Результаты опытов Никурадзе представлены на графике =f(Rе) (рис. 39). Рассматривая его, можно сделать следующие важные выводы.

В области ламинарного режима (Rе< 2320) все опытные точки независимо от шероховатости стенок уложились на одну прямую (линия 1).

Следовательно, зависит здесь только от числа Рейнольдса и не зависит от шероховатости.

При переходе от ламинарного режима к турбулентному коэффициент быстро возрастает с увеличением Rе, на начальном участке оставаясь независимым от шероховатости.

В области турбулентного режима можно выделить три зоны сопротивления. Первой является зона гладких труб, в которой = f(Rе), а шероховатость Кэ ( ) не проявляется, на рисунке точки располагаются вдоль наклонной кривой (кривая 2). Отклонение от этой кривой наступает тем раньше, чем больше шероховатость.

Следующая зона называется зоной шероховатых труб (доквадратичной), на рисунке она представлена рядом кривых 3, стремящихся к некоторым определенным пределам. Коэффициент в этой зоне зависит, как видно, и от шероховатости, и от числа Рейнольдса = f(Re, Кэ/d). И, наконец, при превышении некоторых значений чисел Rе кривые 3 переходят в прямые, параллельные оси Rе, и коэффициент становится постоянным для постоянной относительной шероховатости = (Кэ/d). Эта зона называется автомодельной или квадратичной.

Рисунок 39 – Графики Никурадзе

Примерные границы областей следующие:

зона гладких труб 4000< Rе< 10d/Кэ;

зона шероховатых труб 10d/Кэ< Rе< 500d/Кэ;

квадратичная зона Rе> 500 d/Кэ.

Переход из одной зоны в другую можно истолковать следующим образом: до тех пор, пока выступы шероховатостей полностью погружены в ламинарный пограничный слой (т. е < ), они не создают различий в гидравлической шероховатости. Если же выступы шероховатостей выходят за пределы пограничного слоя (Кэ> δ ), выступы шероховатости приходят в соприкосновение с турбулентным ядром и образуются вихри. Как известно, с увеличением Rе толщина слоя уменьшается и в последней зоне (квадратичной) этот слой исчезает практически полностью ( ).

Однако трубы, применяемые на практике, имеют неоднородную и неравномерную шероховатость. Выяснением вопросов влияния на естественной шероховатости занимались многие ученые, наибольшую известность получили опыты Мурина Г. А. (для стальных труб).

Подтвердив основные закономерности, установленные Никурадзе, эти опыты позволили сделать ряд важных и существенно новых выводов. Они показали, что для труб с естественной шероховатостью в переходной области оказывается всегда больше, чем в квадратичной (а не меньше, как при искусственной шероховатости); и при переходе из 2–3 зон в четвертую непрерывность снижается. Результаты опытов Мурина представлены на рисунке 40.

λ

Рисунок 40 – Результаты опытов Мурина

3.7 Формулы для определения коэффициента Дарси

Для расчета коэффициента Дарси существует очень большое количество эмпирических и полуэмпирических формул, большинство из которых имеет ограниченную зону применения. Мы рассмотрим только несколько основных, наиболее часто применяемых формул, которые имеют широкие границы.

При ламинарном режиме (Rе< 2320) для определения в круглых трубах применяют формулу Пуазейля:

= 64/Rе.

Формула выведена теоретически, что показано в разделе «Особенности течения при ламинарном режиме».

В области перехода от ламинарного к турбулентному режиму λ рассчитывается по формуле Френкеля:

λ =2, 7/Re^{0, 53}.

При турбулентном режиме существует три зоны:

- для гидравлически гладких труб используется несколько формул:

Наиболее часто используемые:

Блазиуса λ =0, 3164/Re^{0, 25} область применения (4000< Rе< 10⁵);

Конакова λ =1/(1, 81lgRe-1, 5)²область применения (4000< Rе< 3× 10⁶)

- для гидравлически шероховатых труб:

Альтшуля λ =0, 11(К_Э/d+68/Re)^{0, 25};

Кольбрука – Уайта

Границы использования этих формул могут определяться в диапазоне чисел Рейнольдса от 10d/К_Эдо500d/К_Э.

- в области квадратичного сопротивления (числа Рейнольдса более 500d/К_Э) применяются формулы:

Шифринсона Б. Л. λ =0, 11(К_Э/d)^{0, 25};

Прандтля – Никурадзе λ =1/(1, 74+2lgd/K_Э)².

Приведенные выше формулы наиболее полно и правильно учитывают влияние различных факторов на коэффициент гидравлического трения. Они выбраны из большого числа формул, существующих в настоящее время.

Формула Альтшуля А. Д. является наиболее универсальной и может применяться для любой из трех зон турбулентного режима. При небольших числах Рейнольдса она очень близка к формуле Блазиуса, а при больших числах Рейнольдса – преобразуется в формулу Шифринсона Б. Л.

Контрольные вопросы

1. Два режима движения жидкостей и газов.

2. Опыты Рейнольдса, критерий Рейнольдса.

3. Особенности ламинарного и турбулентного режимов.

4. Эпюры распределения скоростей.

5. Гидравлические сопротивления, их физическая природа и классификация.

6. Формулы для вычисления потерь энергии (напора).

7. Местные гидравлические сопротивления, основная формула.

8. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса и геометрических параметров.

9. Сопротивления по длине, основная формула расчета потерь.

10. Зоны гидравлических сопротивлений, опыты Никурадзе, Мурина.

11. Наиболее употребительные формулы для расчета гидравлического коэффициента трения.

Классификация трубопроводов

В современной технике применяются трубопроводы для перемещения разнообразных жидкостей, изготавливаемые из различных материалов.

В зависимости от геометрической конфигурации и способов гидравлического расчета различают простые и сложные трубопроводы.

Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб, не имеющих боковых ответвлений. Он может выполняться из труб одного или различных диаметров, различных длин (рис. 41).

Рисунок 41 – Простые трубопроводы

Сложным называют трубопровод, состоящий из основной магистрали и ряда отходящих от нее ответвлений (рис. 42). Сложные трубопроводы подразделяются на следующие виды:

- параллельные, когда к основной магистрали параллельно подключена одна или несколько труб;

- разветвленные или тупиковые, когда жидкость из магистрали подается в боковые ответвления, обратно в магистраль она не возвращается;

- кольцевые, представляющие собой замкнутую сеть (кольцо), питаемую от магистрали.

Рисунок 42 - Сложные трубопроводы

В зависимости от величины местных потерь напора все трубопроводы можно разделить на гидравлически длинные и короткие.

Трубопроводы, в которых основными потерями являются потери на трение h_ТР, а местными потерями h_м и скоростным напором можно пренебречь, называются гидравлически длинными. В этом случае местные потери напора h_м не должны превышать 5–10 % от потерь на трение h_ТР. А трубопроводы, в которых местные потери и скоростной напор соизмеримы с потерями на трение, называются гидравлически короткими.

Расход может быть сосредоточенным или непрерывным. Расход называется сосредоточенным, если точки отбора находятся на значительном расстоянии друг от друга, и непрерывным, если эти точки расположены очень близко одна от другой (рис. 43).

Рисунок 43 – Расход сосредоточенный и непрерывный

Рисунок 44 – Напорный и безнапорный трубопроводы

Различают также трубопроводы напорные и безнапорные (рис. 44). В напорных жидкость находится под избыточным давлением и при полном заполнении всего поперечного сечения. Безнапорные трубопроводы работают неполным сечением и характеризуется наличием свободной поверхности.

Последовательное соединение

При последовательном соединении трубопроводов различного диаметра исходят из того, что общие потери напора в трубопроводе равны сумме потерь напора на отдельных его участках. Допустим, что диаметры участков d_i различные, тогда общие потери напора равны сумме потерь на отдельных участках:

H=h₁+ h₂+ …+h_п.

Для гидравлически короткого трубопровода потери определяются по формулам Вейсбаха и Дарси-Вейсбаха, а для гидравлически длинного трубопровода потери определяются по формуле:

где К – модуль расхода.

Или для всего трубопровода

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒