 |
Особенности гидравлического расчета канала замкнутого сечения. Расчет канализационных труб.
|
|
|
|
Сложный кольцевой трубопровод. Представляет собой систему смежных замкнутых контуров, с отбором жидкости в узловых точках или с непрерывной раздачей жидкости на отдельных участках (рис. 6.7).
Рис. 6.7. Схема сложного кольцевого трубопровода
Задачи для таких трубопроводов решают аналогичным методом с применением электроаналогий (закон Кирхгофа). При этом основываются на двух обязательных условиях. Первое условие - баланс расходов, т.е. равенство притока и оттока жидкости для каждой узловой точки. Второе условие - баланс напоров, т.е. равенство нулю алгебраической суммы потерь напора для каждого кольца (контура) при подсчете по направлению движения часовой стрелки или против нее.
Для расчета таких трубопроводов типичной является следующая задача. Дан максимальный напор в начальной точке, т.е. в точке 0, минимальный напор в наиболее удаленной точке Е, расходы во всех шести узлах и длины семи участков. Требуется определить диаметры трубопроводов на всех участках.
Неустановившееся напорное движение жидкости в трубопроводе. Предварительные замечания.
Установившееся неравномерное движение представляет практич. интерес только для открытых русел, т. к. трубопроводы обычно имеют постоянное по длине сечение, а относительно короткие переходные участки (конфузоры и диффузоры), характеризующиеся нек-рыми особенностями в отношении работы трения, учитываются как местные сопротивления в основном расчетном ур-нии Бернулли.
Неравномерное движение в открытом русле может быть плавноизменяющимся или относительно резкоизменяющимся. В первом случае конвективная сила инерции играет небольшую роль и зачастую ею можно пренебрегать по сравнению с силой трения, во втором случае эти силы по меньшей мере соизмеримы.
|
|
|
Значительное увеличение скорости на участке малой длины достигается в случае водосливов, перепадов, быстротоков (см. Гидравлика сооружений); такое же уменьшение скорости возможно в случае прыжка гидравлического.
Неустановившееся равномерное движение практически возможно лишь в трубах постоянного сечения. Напр., в трубопроводе, питаемом поршневым насосом; в трубопроводе, подающем воду к турбине при колебаниях нагрузки ГЭС.
Перед инерционным напором ставится знак плюс, если скорость в трубе с течением времени увеличивается, и минус, если скорость уменьшается. Потерянный напор hT при неустановившемся движении отличается от его значений в соответствующих условиях (при одинаковых шероховатости, вязкости, скорости, диаметре) установившегося движения, причем и при положительном и при отрицательном ускорении hT возрастает по сравнению с установившимся движением.При турбулентном движении это возрастание невелико, при ламинарном же может оказаться существенным.
При очень большом локальном ускорении в трубах возникает особое явление, наз. гидравлическим ударом.
Неустановившееся неравномерное движение представляет практич. интерес лишь для открытых русел, т. к. в трубах участки переменного сечения очень короткие и сила инерции массы жидкости, заполняющей эти участки, несущественна ио сравнению с силой инерции масс жидкости, заполняющих участки постоянного диаметра. Изменение скорости, а следовательно, и расхода с течением времени влечет за собой изменение глубины наполнения русла, причем оно происходит не синхронно ио всей длине потока, а начинается на одном из его концов и затем распространяется в виде волны, к-рая является волной изменения расхода и отличается от колебательных волн (ветровых, корабельных и др., см. Волны). Волны изменения расхода возникают в реках и каналах при наполнении и опорожнении камер судоходных шлюзов, при суточном колебании мощности гидроэлектростанций.
|
|
|
Волна изменения расхода может быть: волной подпора, которая образуется при уменьшении расхода в конце рассматриваемого участка; волной излива — возникает при увеличении расхода в конце участка; волной попуска — образуется при увеличении расхода в начале рассматриваемого участка; волной отлива — создается при уменьшении расхода в начале участка.
56-57
5.4.5. Гидравлический 7 удар в напорном трубопроводе
Гидравлический удар - явление резкого изменения давления в жидкости, движущейся в напорном трубопроводе, при значительном мгновенном изменении ее скорости.
Это один из примеров неустановившегося движения жидкости. Гидравлический удар возникает при внезапной остановке или быстром начале движения потока жидкости в напорных трубопроводах, например, при резком закрытии или открытии задвижки на его конце, при внезапной остановке насоса, при внезапном снятии нагрузки с турбины и т. д. Повышение давления при этом может оказаться значительным и привести к авариям в системе.
Теоретические и экспериментальные исследования гидравлического удара в трубах впервые были выполнены профессором Н. Е. Жуковским (1899 г.), доказавшим в работе <О гидравлическом ударе в водопроводных трубах>, что гидравлический удар - быстропротекающий волновой процесс.
Различают положительный и отрицательный удар. Положительный удар возникает перед задвижкой и начинается с повышения давления, отрицательный - связан с понижением давления.
Физика явления может быть представлена следующим образом. В момент перекрытия трубы задвижкой ближайший к ней слой жидкости плотностью? останавливается. Вслед за ним останавливаются все остальные слои жидкости в трубопроводе вплоть до последнего в точке М у резервуара. Кинетическая энергия жидкости переходит в работу деформации жидкости и стенок трубы, т. е. в трубопроводе находится сжатая жидкость под давлением значительно большим, чем давление в резервуаре. Повышение давления приводит к деформации трубопровода (рис. 5.14, а). Под действием этого давления жидкость приходит в движение по направлению к резервуару. При этом потенциальная энергия деформации стенок преобразуется в кинетическую
|
|
|
энергию жидкости и происходит понижение давления от слоя к слою в обратном направлении: от точки М до задвижки.
Жидкость и стенки трубы предполагаются упругими, поэтому они возвращаются к прежнему состоянию, соответствующему давлению р0. Работа деформаций переходит обратно в кинетическую энергию жидкости, и она приобретает первоначальную скорость?, но направленную в противоположную сторону. С этой скоростью колонна жидкости стремится оторваться от клапана, в связи с чем возникает отрицательная ударная волна с давлением меньше р0, движущаяся к резервуару со скоростью с. Кинетическая энергия жидкости вновь переходит в работу деформаций, но противоположного знака. Жидкость расширяется, а труба сжимается.
Процесс повторяется вновь и вновь, т. е. в трубопроводе происходит затухающее колебательное движение. Затухающее, как можно видеть на индикаторной диаграмме (рис. 5.14, б), так как при движении теряется энергия на преодоление гидравлических сопротивлений.На диаграмме р0 - рабочее давление.
Рассмотрены два периода, в течение которых произошло распространение в виде волны повышения давления - прямая волна, и в виде волны пони
ΔPуд = ρυ0c
|
|
|
