 |
Понятие о кавитации жидкости.
|
|
|
|
КАВИТАЦИЯ, образование газовых пузырьков в жидкости. Термин был введен британским инженером Р.Фрудом. Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и образуется паровой пузырек. Примером может служить кипение воды. При нагревании воды давление ее насыщенного пара повышается. Когда достигается температура кипения, давление пара становится равным давлению окружающей среды, и в воде появляются паровые пузырьки.
Паровые пузырьки в жидкости легче образуются при пониженном давлении. Когда же давление окружающей среды становится больше давления насыщенного пара жидкости, кавитационный пузырек с силой схлопывается. Такое схлопывание пузырьков создает шум, вызывает вибрацию и повреждения конструкций, неблагоприятно отражается на работе соответствующих машин и механизмов. Местное понижение давления в жидкости происходит при быстром относительном движении тела и жидкости.
Закон Бернулли.
Согласно закону Бернулли, в жидкости без трения энергия постоянна вдоль линии тока.
при увеличении скорости понижается местное давление (пропорционально квадрату скорости). Всякая частица жидкости, движущаяся по искривленной линии тока, например, огибающей профиль (рис. 1), ускоряется и претерпевает понижение местного давления. Если давление снижается до давления насыщенного пара, то возникает кавитация. Таков механизм явления кавитации на подводных крыльях, гребных винтах, лопатках турбин и лопастях насосов.
В случае жидкости, текущей по трубе, согласно закону сохранения массы (уравнению неразрывности), скорость жидкости увеличивается в местах сужения трубы, где также возможна кавитация.
|
|
|
Одним из факторов негативного воздействия кавитации - эрозия металла. Вторым фактором является большой выброс давления, возникающий во время схлопывания пузырьков, отрицательно влияющий на поверхность металла. Например, кавитация вызывает разрушение насосов, гидротурбин, гребных винтов у судна, возникновение шума и вибрации, снижающие эффективность работы механизмов.
24. Гидравлический расчет трубопроводов. Общие сведения. Расчет простого трубопровода
Простым называют трубопровод, состоящий из одной линии труб постоянного сечения (не имеет ответвлений) с постоянным расходом по длине трубопровода.
 |
Рассмотрим простой трубопровод.
При истечении в атмосферу (рис. 6.1а),
Рис.6.1. К расчету простого трубопровода
уравнение Бернулли, имеет вид:
Пренебрегая величиной 
(очень малой по сравнению с другими членами уравнения) и обозначая z0-z=H, приводим уравнение Бернулли к виду:
. (6.1)
При истечении под уровень (рис. 6.1б) получим аналогично:
.
(6.2)
Формулы (6.1) и (6.2) тождественны между собой, и гидравлические расчеты для обеих схем трубопровода будут одинаковы.
Различие состоит лишь в том, что при истечении под уровень, единица, стоящая в скобках в правой части, представляет собой коэффициент сопротивления «на выход» потока под уровень, в то время как при истечении в атмосферу она учитывает кинетическую энергию, оставшуюся в потоке после выхода из трубопровода, которая может быть так или иначе использована.
Таким образом, напор Н при истечении под уровень равен сумме всех сопротивлений: 
при истечении же в атмосферу он делится на две части: кинетическую энергию, уносимую потоком из трубы, и сумму потерь напора
.
Гидравлический расчет простого трубопровода сводится к решения трех основных задач (для заданных конфигураций трубопровода, его материала и длины).
|
|
|
Первая задача.
Тогда искомый напор
(6.3)
.
Вторая задача. 
. (6.4)
Третья задача.
.
Задаваясь рядом значений диаметра d1, d2, …,du и вычисляя по последней формуле соответственно Q1, Q2, …, Qu, строим график Q=f(t) (рис.6.2), из которого определяем диаметр, отвечающий заданному расходу.
Рис.6.2. К расчету диаметра
Трубопровода при заданном
расходе
25. Расчет сложных трубопроводов
Сложные трубопроводы состоят из системы труб (сети), подающей жидкость сразу в несколько точек. Сеть может быть разветвленной, разомкнутой или замкнутой.
Гидравлический расчет трубопроводных сетей представляет очень сложную задачу. Рассмотрим следующие основные схемы сложных трубопроводов: параллельное соединение, трубопроводы с непрерывной раздачей расхода по пути, простую разветвленную сеть и кольцевой трубопровод. Предполагается, что у трубопроводов большая длина и работают они в области квадратичного закона сопротивления.
|
|
|
