Режимы движения жидкостей

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.

Идеальная жидкость движется без трения поэтому ее t⁰=сonst и следовательно Е₁=Е₂.
1. Z выражает собой в энергетическом смысле потенциальную энергию положения.
В гидравлическом смысле – это геометрический напор.
2. - в э.с. представляет собой потенциальную энергию жидкости
В гидравлическом смысле пьезометрический прибор.
3. - в э.с. это кинетическая энергия.
В гидравлическом смысле скоростной или динамический напор.
Так как каждая составляющая имеет 2 названия, то можно сказать, что уравнение Бернулли имеет двоякий смысл:
1. Энергетический смысл с точки зрения сохранения энергии. При установившемся потоке идеальной жидкости сумма потенциальной и кинетической энергии для любого сечения потока является величиной постоянной, а это значит, что идеальная жидкость движется с постоянной энергией.
2. Гидравлический смысл. При установившемся движении идеальной жидкости сумма геометрического, пьезометрического и скоростного напоров для любого сечения потока есть величина постоянная, а это значит, что при движении идеальной жидкости падение напора жидкости не происходит и жидкость движется с постоянным напором.


При движении реальной жидкости энергия и напор не будут сохраняться постоянными, потому что за счет трения часть энергии (напора) расходуется на преодоление гидравлического сопротивления трубопровода.
Уравнение Бернулли для реальной жидкости.



Отсюда следует, что в случае реальной жидкости конечный напор всегда меньше начального на величину поперечного напора.
Применение уравнения Бернулли.
Оно является основным уравнением для расчета трубопроводов, кроме того с его помощью можно рассчитать значение скорости и давления в различных сечениях трубопровода. Можно определить скорость истечения жидкости через отверстия, так же можно определить время истечения.
ТЕМА: РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ТРУБОПРОВОДА.
Целью гидравлического расчета является определение величины потерянного напора или потерянного давления. Полный потерянный напор равен сумме потерянного напора на трение по длине или высоте аппарата и потерянного напора в местных сопротивлениях. Следовательно общий потерянный напор:

Трение:

где l – длина трубопровода; d – диаметр; - коэффициент трения.
К местным сопротивлениям относятся различного рода трубопроводная арматура – это запорная арматура (кран, вентиль, задвижка), а так же к местным сопротивлениям относятся повороты.

В местных сопротивлениях происходит изменение скорости или направление движения. Потерянный напор в местных сопротивлениях прямопропорционален скоростному напору. - полная потеря напора

Тройники

Крестовины

Фасонные


Режим движения определяется с помощью Re:

Для турбулентного режима:

Для труб с шероховатостями:

где - шероховатость труб

где е – величина шероховатостей.
ТЕМА: ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.
Способы перемещения жидкостей:
1. По трубопроводу с помощью насосов.
2. Самотеком за счет геометрического уклона трубопровода.
3. С помощью напорного бака установленного на некоторой высоте.
Состав и устройство трубопроводного транспорта.

В состав трубопроводного транспорта входит:
1. Емкостное оборудование.
2. Насосы или другие гидравлические машины.
3. Трубопроводная сеть. Она состоит из множества труб, соединенных между собой с помощью: 1 – сварки; 2 – фланцами;
3 – муфтами; 4 – фитингами; 5 – пайкой. Наиболее надежным является сварка.
Разъемными (фланцы, муфты) выполняют соединения непосредственно у аппаратов по соображениям удобства их применения.
Трубопроводы бывают простые и сложные, которые не имеют разветвлений.
Сложные имеют разветвления. Разветвления бывают параллельные.
Разветвленная – из которой жидкость подается в боковые ответвления.
Кольцевые трубопроводы – представляют собой замкнутые сети, питающиеся от магистрали.
Самым распространенным материалом для изготовления трубопроводов является низкоуглеродистая сталь, а так же применяется нержавеющая сталь. Кроме того, используют цветные металлы, метало-пластик, пластмассы, стекла, бетонные, железобетонные.
Для транспортирования агрессивных сред применяются гулимированные трубы, выполненные из обычной стали, но покрытые внутри резиной, пластмассой, полиэтиленом, эмалированные, паолитовые.
Плотность разъемных соединений труб должна обеспечиваться как при рабочих температурах, так и для заполнения трубопровода продуктом.
Плотность фланцевых соединений работающих при условных давлениях до 4 МПа обеспечивается плоскими или гофрированными прокладками, изготовленными из паротита, картона, асбеста, фторопласта, а так же асбометаллическими прокладками в зависимости от среды.
Для условных давлений свыше 6,4 МПа применяют металлические прокладки овального сечения и линзовые уплотнения. Для паропроводов трубопровода горячей воды, нефтепродуктов широкое применение нашли прокладки из паронита.
Для переключения потоков жидкостей и газов, транспортируемых трубопроводом служит арматура. В зависимости от выполняемых функций различают арматуру: запорную, обратные и предохранительные клапаны, регулирующие.
Запорные – задвижка, вентили, краны. Они предназначены для включения и отключения потока.
Достоинства трубопроводного транспорта:
1. Непрерывность действия.
2. Высокая производительность.
3. Большая дальность.
4. Герметичность, что особо важно для химических производств где применяются пожаро- и взрывоопасные продукты.
Основные параметры насосов:
1. Производительность или подача насоса – это количество перекачиваемой жидкости за единицу времени. Рассчитывают массовую и объемную производительность.
2. Напор насоса или давление развиваемое насосом. Под напором насоса понимают ту избыточную энергию, которую насос сообщает перекачиваемой жидкости. Благодаря этой энергии жидкость движется по трубопровод, преодолевая гидравлическое сопротивление.

Н – полная высота подачи; Н₁ – высота всасывания; Н₂ – высота нагнетания.

Н_ВС – высота всасывания насоса. Это расстояние, измеренное по вертикали между горизонтальной осью насоса и свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре.
Н_Н – высота нагнетания. Это расстояние, измеренное по вертикали между горизонтальной оси насоса и верхней точки подачи.
Н_r – сумма высоты всасывания и нагнетания. Это есть геометрический напор насоса.
Напор равен (полный напор насоса):

3. Мощность, потребляемая насосом.
Различают мощность:
1. Полную.

где - КПД двигателя.

2. Полезная.

4. КПД насоса.

5. Частота вращения (число ходов).
n (об/сек)
6. Высота всасывания насоса.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС.
Центробежный насос относится к группе лопастных насосов. Перемещение жидкости в них происходит под действием центробежных сил, создаваемых при быстром вращении рабочего колеса с лопатками загнутыми назад.
Центробежные насосы являются самыми распространенными.
Достоинства:
1. Большая производительность.
2. Равномерность подачи.
3. Простота устройства и обслуживания.
4. Быстроходность и т.д.
Недостатки:
1. Низкий напор развиваемый насосом (20-30 метров)
2. Явление кавитации называется образование полостей в движущейся жидкости заполненных паром или воздухом т.к. во всасывающей трубе под вакуумом жидкость интенсивно испаряется, а то и закипает с образованием пузырьков. При их большем количестве может произойти разрыв сплошного потока жидкости во всасывающей трубе, и насос перестает работать. При работе насоса близкой к кавитации появляются стуки, шумы, вибрации, ухудшаются параметры насоса. Если не остановить насос кавитация может привести к поломке насоса.

1 –всасывающий штуцер;
2 – сальник;
3 – корпус с каналом;
4 – рабочее колесо;
5 – вал;
6 – лопасти рабочего колеса;
7 – нагнетательный штуцер.