Использование гидравлического удара

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 15

Рисунок 59 – Гидравлический таран

Практически гидравлический удар используется для подъема воды с помощью гидравлического тарана (рис. 59). Вода по питающему трубопроводу 5 под малым напором h поступает в таран в количестве Q и через клапан 4 частично сливается наружу. При достижении некоторой скорости клапан захватывается током воды и захлопывается, течение резко останавливается и возникает ударное повышение давления. Под воздействием этого давления открывается клапан 6, и вода поступает в воздушный колпак 3, сжимая имеющийся там воздух. Повышенное давление воздуха обеспечивает непрерывное течение воды в бачок 2 по напорному трубопроводу 1 в количестве q. Когда наступает фаза понижения давления, клапан 6 закрывается, а клапан 4 вновь открывает сброс воды, и все явление повторяется. Частота ударов клапана 4 обычно около 100 в минуту. КПД тарана η не более 0, 35—0, 5, но ввиду использования фактически даровой энергии тараны выгодны.

Коэффициент полезного действия тарана определяется по формуле:

η =qH/(Qh).

Контрольные вопросы

1. Гидравлический удар в трубопроводе.

2. Определение ударного повышения давления

3. Виды гидравлического удара

4. Способы предотвращения гидравлического удара

5. Использование гидравлического удара

Истечение жидкости через отверстия и насадки

Классификация отверстий и насадков

Истечение жидкости через отверстия, насадки, короткие трубы и из-под затворов часто встречаются в практике. К этому виду относятся истечения из отверстий резервуаров, через водоспуски.

Отверстием в тонкой стенке называется такое отверстие, когда толщина стенки не влияет на форму струи и условия истечения жидкости (δ < 0, 2d, где: δ - толщина стенки, d - диаметр отверстия).

Отверстие называется малым, если диаметр или другой линейный размер (например, сторона прямоугольника, для прямоугольного отверстия) будет меньше 0, 1Н (где Н-напор над центром тяжести отверстия).

Насадком называется короткий патрубок герметически присоединенный к отверстию в тонкой стенке, длина которого в несколько раз больше внутреннего диаметра (обычно L = 3÷ 5d).Насадки делятся на три основных типа: цилиндрические, конические я коноидальные. Цилиндрические насадки могут быть внешними или внутренними, конические и коноидальные могут быть сходящимися и расходящимися (см. рис. 60).

При истечении через отверстие происходит сжатие струи при выходе из резервуара, так как струйки меняют направление движения на 90° плавно и движение происходит по непараллельным траекториям.

Сжатое сечение образуется на некотором расстоянии от отверстия.

Сжатие может быть совершенным, если границы отверстия достаточно удалены от стенок (находятся на расстоянии не менее 3-х его линейных размеров) и стенки не оказывают влияния на сжатие струи. Но сжатие может быть и несовершенным, если одна или несколько сторон отверстия расположены достаточно близко к стенкам. Полным, сжатием называется сжатие при истечении из отверстия расположенного на некотором отдалении от стенок, а если отверстие касается хотя бы одной стороной стенки, то сжатие будет неполным (со стороны прилегающей стенки сжатия происходить не будет) (см. рис. 61).

Рисунок 60 - Типы отверстий и насадков:

а) отверстие в тонкой стенке; б) цилиндрические насадки;

в) конические насадки; г) коноидальные насадки

Рисунок 61 - Сжатие струи

а) совершенное, б) несовершенное, в) полное, г) неполное

Истечение через малые отверстия в тонкой стенке

Истечение в атмосферу

Предположим, что есть резервуар, в боковой стенке которого выполнено малое отверстие (рис. 62). Уровень жидкости в резервуаре будем считать постоянным. Проведем плоскость сравнения через центр тяжести сжатого сечения и выберем два расчетных сечения: 1-1 по свободной поверхности жидкости и С-С в сжатом сечении.

Рисунок 62 - Схема истечения из отверстия.

Составим уравнение Бернулли для этих двух сечений.

где: Н - напор над центром тяжести отверстия,

Р_а - атмосферное давление,

V₁ - скорость на свободной поверхности жидкости,

V_c - в сжатом сечении струи,

α - коэффициент Кориолиса,

ξ - коэффициент местного сопротивления.

При истечении через отверстия или короткие насадки можно считать, что потеря напора состоит только из местных потерь, а потери на трение отсутствуют.

Обозначим через Н_о полный напор в сечении 1-1, тогда уравнение примет вид:

, где .

Отсюда найдем выражение для средней скорости в сжатом сечении:

или V_c=φ ,

так как Н ≈ Но (V₁≈ 0) и φ = - коэффициент скорости.

Коэффициент скорости представляет собой отношение действительной скорости истечения V_c к скорости истечения идеальной жидкости :

Определим расход жидкости через отверстие из уравнения неразрывности:

Q = V_cω _с = ω ε φ , с учетом того, что ω _с= ω ε ,

где ω _с- площадь сжатого сечения струи,

ω - площадь сечения отверстия,

ε - коэффициент сжатия струи (ε =ω _с/ω ).

Коэффициент сжатия характеризует степень сжатия струи. Обозначим коэффициент расхода μ =ε φ , тогда окончательную формулу расхода жидкости через отверстие можно представить в виде:

Q=μ ω .

Коэффициент расхода характеризует отношение действительного расхода Q к расходу идеальной жидкости Q_ид=ω :

μ =Q/ω .

Для малых отверстий в тонкой стенке с совершенным сжатием коэффициент расхода μ ≈ 0, 6-0, 62.

Однако, необходимо отметить, что коэффициенты расхода, сжатия и скорости зависят от режима истечения (числа Рейнольдса), результаты исследований А.Д.Альтшуля представлены на рисунке 63.

Рисунок 63 - Зависимость коэффициентов μ, φ, ε от числа Рейнольдса Re

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 10 11 12 13 1415