Движение жидкости в самотечных трубопроводах

К безнапорным (самотечным) трубопроводам относятся:

♦ канализационные трубы;

♦ водосточные каналы (ливнеспуски);

♦ самотечные водопроводные трубы и т.д.

Наиболее распространенными формами сечений б/напорных трубопроводов являются:

 

 

 

               круглое                   овоидальное                 лотковое

Все эти сечения имеют особенность:

Наибольшие Q и U в них имеют место не при полном, а при частичном наполнении.

Объясняется это тем, что при заполнении верхней части подобных сечений смоченный периметр растет быстрее, чем площадь ( ) поэтому R_г↓, что приводит к уменьшению Q и U ( ).

♦ Гидравлический расчет безнапорных трубопроводов производится аналогично расчетам открытых каналов; отличие только в том, что у каналов h↑→R_г↑ всегда, а у безнапорных трубопроводов h < h_кр  h↑→R_г↑; h > h_кр  h↑→R_г↓.

Для удобства расчетов поступают следующим образом:

Рассчитывают модули скорости и расхода при движении жидкости полным сечением – W_o, K_o.

Значение этих величин при частичном наполнении – W, K = f(h).

Обозначают

 

                        тогда             

 

Для конкретных сечений имеются заранее рассчитанные графики. Например, для круглого сечения:

 

max U при  ~ 0,81

max Q при  ~ 0,95

 

 

Относительное движение жидкости и твердого тела

До сих пор мы рассматривали только внутренние задачи гидродинамики. Сейчас будем рассматривать внешнюю (задан поток жидкости, найти силы, приложенные к обтекаемому им твердому телу).

♦ При обтекании жидкостью твердого тела в жидкости возникают гидравлические сопротивления, обусловленные:

 

1. силами вязкости (трения) – в основном при продольном обтекании.

 

2. разностью давлений перед обтекаемым телом и за ним.

 

 

♦ При обтекании тела произвольной формы суммарное сопротивление является комбинацией действия этих сил.

 

 

Обтекание плоской пластины

 

 

На поверхности пластины U=0, затем U↑ до U_∞ в узком пограничном слое δ. Толщина этого слоя увеличивается вдоль по потоку. Пограничный слой очень тонкий δ << x (!!!).

Пограничный слой может быть ламинарным или турбулентным (но с ламинарным подслоем).

Решение задачи о пограничном слое на плоской пластинке получено Блазиусом.

♦ толщина слоя:

 

 

 

(δ ~ )

 

♦ касательное напряжение на поверхности пластины:

 

 

♦ существует понятие местного коэффициента сопротивления трения

 

                       (т.к. )

                          Из решения Блазиуса следует, что

 

♦ Сила, действующая со стороны потока на пластину (отнесенная к единице ширины пластины):

                      (т.к. F = τ_оΩ)

где коэффициенты трения: С_f – локальный; С_F – средний по пластине.

При двустороннем обтекании пластины длиной ℓ решение Блазиуса дает (без вывода):

 

 ,                             где

 

При Re_ℓ > 10⁵…10⁶ происходит переход ламинарного слоя в турбулентный, для которого

 

Отрыв пограничного слоя

При обтекании тел сложной конфигурации может происходить отрыв пограничного слоя вследствие инерции частиц жидкости

 

                                       

→ увеличение скорости →

(увеличение сопротивления и силы действия потока на здание).

Физика процесса:

 

 

Происходит переход потенциальной энергии  в кинетическую  (А→В) и наоборот (В→С), но т.к. существуют потери, то начиная с т.М кинетической энергии не хватает.

участок АВ :   канал сужается, скорость растет, при этом  (вспомнить уравнение Бернулли);

участок ВС:   канал расширяется, скорость уменьшается, при этом .

Возрастание давления после т. В приведет к тому, что оставшейся кинетической энергии потока (уменьшающейся вследствие потерь) не хватает на преодоление этого градиента давления.  Происходит отрыв потока (движение частиц вблизи стенки в обратном направлении (в сторону уменьшения Р)).

т. М – точка отрыва. Здесь τ_о = 0 т.к. .

 

---

Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 474; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!