Истечение через насадки. Типы насадок

Стр 1 из 5Следующая ⇒

ПРЕДМЕТ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА Механика жидкости и газа – техническая прикладная наука, изучающая законы, которым подчиняется жидкость и газ в состоянии покоя, движения и взаимодействия с твердыми телами, а также методы использования этих законов в инженерной практике. Предметом механики жидкости и газа является физическое тело, при приложении к которому достаточно малых сил происходит достаточно большое изменение относительного положения его элементов. Такое тело называют жидким или жидкостью, а основным его свойством является текучесть. В общем случае жидкость – это непрерывная среда, способная неограниченно изменять свою форму под действием незначительных сил. 2 ЖИДКОСТЬ И СИЛЫ ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА НЕЁЖидкостью в гидравлике называют физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил. Различают два вида жидкостей: жидкости капельные и жидкости газообразные. Капельные жидкости представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании этого слова (вода, нефть, керосин, масло и.т.д.). Газообразные жидкости - газы, в обычных условиях представляют собой газообразные вещества (воздух, кислород, азот, пропан и т.д.).На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые и поверхностные.В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости не обладает внутренним трением, а также трением о стенки сосудов и трубопроводов, по которым она движется.Массовые: силы тяжести и инерции. Сила тяжести в земных условиях действует на жидкость постоянно, а сила инерции только при сообщении объему жидкости ускорений (положительных или отрицательных).Поверхностные: обусловлены воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или воздействием других тел. 3 ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ. Под жидкостью в гидравлике принимают сплошную среду, обладающую свойством текучести. Текучесть жидкости обусловлена тем, что жидкость способна оказывать достаточно сильное противодействие сжимающим усилиям и практически не оказывает сопротивления растягивающим (сдвигающим) усилиям. Именно поэтому жидкость принимает форму сосуда, в котором заключена. С точки зрения механических свойств жидкости делят на: -малосжимаемую (капельную); -сильносжимаемую (газообразную). Капельные жидкости обладают объемом, который практически не меняется под воздействием сил, поэтому в малых количествах они принимают сферическую форму, а в больших образуют свободную поверхность. Газообразные жидкости способны к весьма значительному уменьшению объема под действием давления и неограниченному расширению при его отсутствии. Капельные жидкости легко меняют форму и с трудом объем. Газы же легко изменяют как объем и, так и форму. 5 ГИДРОСТАТИКА. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА.Гидростатика — раздел гидравлики, в котором изучаются законы жидкости в состоянии равновесия и распределение давления покоящейся жидкости на различные поверхности.Гидростатическим давлением Р называется сила давления жидкости на единицу площади ω, и его можно представить формулой .Гидростатическое давление имеет размерность в системе СИ Паскаль (Па). Оно обладает тремя свойствами. Первое свойство. Гидростатическое давление направлено по внутренней нормали к поверхности, на которую оно действует. Второе свойство. Гидростатическое давление в точке действует одинаково по всем направлениям и может быть выражено соотношением Px=Py=Pz=Pn Третье свойство. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве и может быть записано следующим образом: P=f (x, y, z) 6 ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ. Закон Паскаля — Давление, оказываемое на жидкость (газ) в каком-либо одном месте на ее границе, например, поршнем, передается без изменения во все точки жидкости (газа). P — ДавлениеP0 — Давление внешней среды — Плотность жидкости h — Глубина, на которую погружено тело (Глубина, где определяется давление) - Ускорение свободного падения На каждую частицу жидкости, находящейся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием этой силы каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. В результате давление внутри жидкости на разных уровнях не будет одинаковым. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное ее весом. 7 ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ Абсолютное давление Абсолютное давление - величина измеренная относительно давления равного абсолютному нулю. Другими словами давление относительно абсолютного вакуума. Барометрическое давление Барометрическое давление — это абсолютное давление земной атмосферы. Свое название этот тип давления получил от измерительного прибора барометра, который как известно определяет атмосферное давление в определенный момент времени при определенно температуре и на определенной высоте над уровнем моря. Относительно этого давления определяются избыточное давление и вакуум. Давление избыточное Избыточное давление имеет место в том случае если имеется положительная разность между измеряемым давлением и барометрическим. То есть избыточное давление это величина на которую измеряемое давлением больше барометрического. Для измерения этого вида давления используют манометр. Вакуум Вакуум или по другому вакуумметрическое давление это величина на которую измеряемое давление меньше барометрического. Если избыточное давление обозначается в положительных единицах, то вакуум в отрицательных. 8 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ Давление измеряют жидкостными и пружинными манометрами,а также пьезометрами. Пьезометром измеряют давление жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой открытую сверху трубку, присоединенную нижним концом к месту измерения давления. Жидкость в пьезометре поднимается (если давление в месте измерения больше атмосферного) на высоту Нп называемую пьезометрической высотой. При этом давление в точке измерения складывается из давления р1 на свободную поверхность жидкости, заключенной в сосуд, и давления столба жидкости высотой Н. Пружинными манометрами измеряют значительные давления жидкостей и газов.С помощью манометра измеряют избыточное давление.Вакуумме́тр — вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов. 11 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТЫ ВЯЗКОСТИ. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ КОЭФФИЦИЕНТОВКоэффициент кинематической вязкости -отношение динамической вязкости жидкости или газа к их плотности. Выражают в квадратных метрах в секунду (м2/с).Коэффициент динамической вязкости - параметр, характеризующий сопротивляемость жидкостей и газов скольжению или сдвигу. Выражают в паскаль-секундах (Па с).Физический смысл динамического коэффициента вязкости заключается в том, что он численно равен касательному напряжению, возникающему между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга со скоростью, равной единице, при расстоянии между этими слоями, равном единице длины. 12 ЗАКОН АРХИМЕДА. ПЛАВАНИЕ ТЕЛЗакон Архимеда — это закон статики жидкостей и газов, согласно которому на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа).ПЛАВАНИЕ ТЕЛ - способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определенном уровне внутри жидкости илигаза. Плавание тел объясняется Архимеда законом. Плавание тел устойчиво, если центр тяжести плавающего тела расположен ниже метацентра. 13 ГИДРОДИНАМИКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ, УСТАНОВИВШЕЕСЯ И НЕ УСТАНОВИВШЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ, ПРИМЕРЫ: ЛИНИЯ ТОКА, ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СТРУЙКА)Гидродинамика — это раздел гидравлики, изучающий законы механического движения жидкости и ее взаимодействия с неподвижными и подвижными поверхностями.Кинематика жидкости – раздел механики жидкости, в котором изучаются виды и кинематические характеристики движения жидкости, но не рассматриваются силы, под действием которых происходит движение. Кинематика жидкости существенно отличается от кинематики твердого тела. Задачей кинематики жидкости является определение скорости в любой точке жидкой среды, т.е. нахождение поля скоростей.Динамика жидкости – раздел механики жидкости, который изучает законы движения жидкостей в зависимости от приложенных к ним сил. При заданных внешних силах задача динамики жидкости сводится к определению напряжений и кинематических параметров движения в каждой точке жидкости в любой момент времени, а также к определению гидродинамических сил воздействия потока на тела.Течение жидкости вообще может быть неустановившимся (нестационарным) или установившимся (стационарным).Неустановившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени изменяются.Установившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени не изменяются.Траекторией называется путь, проходимый данной частицей жидкости в пространстве за определенный промежуток времени.Линия тока - это кривая, проведенная в движущейся жидкости в данный момент времени так, что в каждой точке векторы скорости совпадают с касательными к этой кривой. 14 РСХОД. УРАВНЕНИЕ ОБЪЁМНОГО РАСХОДА.Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое сечение потока в единицу времени. Это количество можно измерить в единицах объема, в весовых единицах, в единицах массы в связи, с чем различают объемный Q, весовой QG и массовый расходы Qm.Для элементарной струйки, имеющей бесконечно малые площади сечений, можно считать истинную скорость одинаковой во всех точках каждого сечения. Следовательно, для этой струйки расходы равны:объемный, (м3/с) dQ = v*dS. dS – площадь сечения струйки 15 УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛИ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СТРУЙКИ НЕВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ.Рассмотрим установившееся течение идеальной жидкости находящейся под действием одной массовой силы — силы тяжести, и выведем для этого случая основное уравнение, связывающее между собой давление в жидкости и скорость ее движения.Возьмем одну из элементарных струек,составляющих поток, выделим сечениями 1 и 2 участок этой струйки произвольной длины. Пусть площадь первого сечения равна dS1, скорость в нем V1 , давление P1, а высота от произвольной плоскости сравнения Z1. Во втором сечении dS2, V2 , P2 и Z2. где z — геометрическая высота, или геометрический напор;Р/ρg – пьезометрическая высота или пьезометрический напор;v2/2g — скоростная высота или скоростной напор. 16 УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛИ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СТРУЙКИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ.Уравнение Бернулли выражает закон сохранения энергии: вдоль элементарной струйки идеальной жидкости сумма потенциальной и кинетической энергии постоянная величина Сумма представляет собой потенциальную энергию, состоящую из удельной энергии положения z и удельной энергии давления . Выражение U2/2g называется удельной кинетической энергией.Вдоль элементарной струйки удельные кинетическая и потенциальная энергии могут изменяться, но их сумма остается постоянной. 17 УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛИ ДЛЯ ПОТОКА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ПЛАВНО ИЗМЕНЯЮЩЕМСЯ ДВИЖЕНИИ.Рассмотрим состоящий из множества элементарных струек поток реальной жидкости в трубопроводе. Именно такого рода потоки представляют наибольший практический интерес.Выделим участок потока, ограниченный сечениями, в которых движение является плавно изменяющимся. Движение на протяжении участка между этими сечениями не должно быть обязательно плавно изменяющимся, чтобы применить потери напора в общем виде hтр, имеем уравнение Бернулли для потока реальной жидкости при плавно изменяющемся движении Это уравнение можно применять при равномерном движении, а для видов неравномерных движений только при плавно изменяющемся движении.Напорная линия (линия удельной энергии) понижается по направлению движения.Гидродинамический уклон – отношение потерь напора к длине, на которой эти потери происходят: Уклон величина положительная, а с увеличением l напор уменьшается, т.е. дробь отрицательна, и поэтому ставится знак минус. 18 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРИТАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ. ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УКЛОН. Суммарной энергетической характеристикой жидкости является её гидродинамический напор.С физической точки зрения это отношение величины механической энергии к величине веса жидкости, которая этой энергией обладает. Таким образом, гидродинамический напор нужно понимать как энергию единицы веса жидкости. И для идеальной жидкости эта величина постоянна по длине. Таким образом, физический смысл уравнения Бернулли это закон сохранения энергии для движущейся жидкости. Здесь с энергетической точки зрения (в единицах энергии, Дж/кг) gz — удельная потенциальная энергия положения; Р/r — удельная потенциальная энергия давления; gz + Р/r — удельная потенциальная энергия; u2/2 — удельная кинетическая энергия; и — скорость элементарной струйки идеальной жидкости.Умножив все члены уравнения на удельный вес жидкости g, получим gz - весовое давление, Па; P — гидродинамическое давление, Па; rи2 /2 — динамическое давление Па; gH — полное давление, ПаПьезометрическим уклоном называют изменение удельной потенциальной энергии жидкости вдоль потока, приходящееся на единицу его длины. Если гидравлический уклон всегда положителен, то пьезометрический может быть и положительным, и отрицательным. При равномерном движении жидкости, когда скорость по длине потока не изменяется, скоростной напор вдоль потока av2/ (2g) = const. Следовательно, пьезометрическая линия параллельна энергетической, и пьезометрический уклон равен гидравлическому. 19 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УКЛОН.Для потока жидкости, в разных сечениях которого напор изменяется (значение потерь потока соответствует потерянной энергии), уравнение Бернулли записывается так:z1+ + = z2+ + +hтр Где hтр.-это потери напора в общем виде, а z1 и z2- это геометрическая высота подъёма. Это уравнение можно применять при равномерном движении, а для видов неравномерных движений - только при плавно изменяющемся движении. Напорная линия (линия удельной энергии) понижается по направлению движения. Гидравлический уклон- отношение потерь напора к длине, на которой эти потери происходят: I= = 20 КОЭФФИЦИЕНТ КОРИОЛИСА, ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ,КАКИЕ ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ЛАМИНАРНЫХ И ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ. Коэффициент α называют коэффициентом кинетической энергииили коэффициентом Кориолиса. Он представляет собой отношение действительной кинетической энергии жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение, к кинетической энергии, которой обладал бы поток при этом же расходе, если бы скорости во всех точках живого сечения были одинаковыми и равнялись средней скорости.αдля турбулентных потоков равен 1.05-1.10. Для ламинарного значение α равно2. 21 РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДА, ЕГО КРЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ, КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ. Рейнольдса,его критическое значение;критические скорости. Ламинарным называется режим, при котором поток жидкости движется отдельными струйками или слоями, и траектории отдельных частиц жидкости между собой не пересекаются, линии тока совпадают с траекториями частиц.Турбулентным называется такой режим, при котором течение является возмущённым, частицы перемешиваются, а траектории частиц представляют сложные линии, пересекающиеся между собой.Скорость потока, при которой происходит смена режима движения жидкости, называется критической. Рейнольдсом было обнаружено существование двух критических скоростей: одной - при переходе ламинарного движения в турбулентным режим, она называется верхней критической скоростью υв.кр., другой - при переходе турбулентного режима в ламинарный, она называется критической скоростью υн.кр.. В опытах было доказано, что нижняя критическая скорость для потока в цилиндрической трубе круглого сечения пропорциональна кинематической вязкости и ѵи обратно пропорциональна диаметру трубы d: υн.кр..=k*ѵ/d Коэффициент пропорциональности k оказался одинаковым для различныхѵ и d: k= υн.кр*d/ѵ=2320-в честь Рейнольдса этот коэффициент был назван критическим числом Рейнольдса и обозначен Reкр. Для любого потока можно вычислить число Re= и сравнить его с критическим значением.Если Re<Reкр, то режим ламинарный, если Re>Reкр, то режим турбулентный. 22ДВУХСЛОЙНАЯ МОДЕЛЬ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА. 23 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОТЕРЬ НАПОРА И ФОРМУЛЫ ПО КОТОРЫМ ОНИ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ. Различают два вида потерь напора:потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений по длине , вызываемых трением жидкости о стенку трубы и слоев жидкости друг о друга;местные потери напора , возникающие только в отдельных местах потока, где наблюдается его деформация (задвижка, поворот, резкое сужение или расширение трубы и т.п.). Общую величину потерь напора для участка трубопровода, заключенного между двумя сечениями, определяют как сумму потерь напора по длине рассматриваемого участка и всех местных потерь напора . (4.1) Потери напора для плавноизменяющегося движения определяются из уравнения Бернулли (3.11) . (4.2) Из выражения (4.2) следует, что для определения общих потерь напора необходимо измерить разности геометрических, пьезометрических и скоростных напоров. При равномерном потоке в горизонтальной трубе потери напора определяются по формуле , (4.3) т.е. потери напора определяются как разность показаний пьезометров в крайних сечениях участка трубопровода. 24ШЕРОХОВАТОСТЬ. ГИДРАВЛИЧЕСКИ ГЛАДКИЕ И ШЕРОХОВАТЫЕ ТРУБЫ. ТОЛЩИНА ВЯЗКОГО ПОДСЛОЯ Потери напора по длине потока могут весьма существенно зависеть от характеристик шероховатости стенок трубы, в которых происходит движение. Поверхность стенок, ограничивающих поток, всегда отличается от идеально гладкой поверхности наличием выступов и неровностей. Величина и форма этих выступов зависят от материала стенки, от его обработки, условий эксплуатации, в процессе которой возможна коррозия, могут выпасть и осесть на стенках твердые частицы наносов и т.п. В дальнейшем мы не будем детально изучать различные виды шероховатости, а будем представлять стенки труб покрытыми однородными бугорками со средней абсолютной высотой выступа шероховатости, обозначаемой Δ. В зависимости от того, как относятся размеры выступов шероховатости и толщина ламинарной пленки, все трубы могут быть при турбулентном режиме движения подразделены на три вида. Если высота выступов шероховатости Δ меньше, чем толщина ламинарной пленки (Δ <δ), то в этом случае шероховатость стенок не влияет на характер движения и соответственно потери напора не зависят от шероховатости, а стенки называются гидравлически гладкими. Когда высота выступов шероховатости превышает толщину ламинарной пленки (Δ <δ), то потери напора зависят от шероховатости, и такие трубы называютсягидравлически шероховатыми. В третьем случае, являющемся промежуточным между двумя вышеуказанными, абсолютная высота выступов шероховатости примерно равна толщине ламинарной пленки. В этом случае трубы относятся к переходной области сопротивления. Толщина ламинарной пленки определяется по формуле: Очень тонкий (в несколько миллиметров толщиной) подслой внутри приземного слоя воздуха, непосредственно прилегающий к земной поверхности, в котором молекулярным потоком тепла и молекулярным трением нельзя пренебречь в сравнении с турбулентным. Поскольку в пределах В. П. турбулентность практически отсутствует, его еще называют ламинарным подслоем или ламинарным пограничным подслоем. Над ним располагается турбулентный пограничный слой. Шероховатость поверхности — совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Прежде всего износостойкость от истирания, прочность, плотность (герметичность) соединений, химическая стойкость, внешний вид. 25 ОБЛАСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДАРСИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДА И ФОРМУЛЫ ПО КОТОРЫМ ОНИ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ГРАФИК НИКУРАДЗЕ 4. Неньютоновские жидкости Неньюто́новской жи́дкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.[1][2] Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше её [жидкости] вязкость. 26. Местные гидравлические сопротивления К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение нормального движения потока в результате его деформации с изменением направления и значения средней скорости и возникновением вихреобразования. В результате деформации турбулентного потока происходит интенсивное перемешивание частиц и обмен количеством движения между частицами жидкости. К элементам и устройствам относятся фасонная и трубопроводная арматура: отводы (колена), переходники, тройники, крестовины, диафрагмы, сетки, запорные регулирующие вентили (краны), задвижки, затворы, предохранительные и регулирующие клапаны, всасывающие наконечники, устанавливаемые на входе в трубу насосов, и т.д. Коэффициент ζ, показывает количество скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления. В местном сопротивлении потери механической энергии при движении потока через него превращаются в тепловую энергию. Коэффициент местных сопротивлений зависит:  от формы и геометрических размеров;  шероховатости внутренней поверхности сопротивления;  режима движения.

Истечение через насадки. Типы насадок

Насадкаминазыв. присоединенные к отверстию короткие трубки определенной длины. При истечении в газовую среду насадок будет называться незатопленным.

Внешним цилиндрическим насадком (насадком Вентури) называется прямая цилиндрическая трубка длиной L = (3/4)d , присоединенная под прямым углом с внешней стороны резервуара к отверстию того же диаметра (рис. 10.7).

Сходящиеся насадки. Насадок, имеющий форму усеченного конуса, сходящегося по направлению к выходному отверстию, называется коническим (круглого сечения) сходящийся насадком (рис. 10.10, а). В водомерных устройствах на каналах мелиоративных систем применяются также сходящиеся насадки с квадратным и прямоугольным поперечными сечениями.

Коноидальные насадки (рис. 10.10,б) имеют сложную форму. Вход выполняется по форме вытекающей через отверстия струи, а выходной участок цилиндрический. За счет этого сжатие струи на выходе из насадка отсутствует, = 1. Коэффициенты ( = = 0,97 0,98 при достаточно больших числах Re.

Расходящиеся насадки (рис. 10.10,в, г). Расходящаяся форма насадка способствует отрыву потока от стенок насадка. Вакуум в сжатом сечении расходящегося насадка больше, чем в сжатом сечении внешнего цилиндрического насадка. С увеличением угла конусности растет и вакуум. По этим соображениям принимают = 5 — 7°, а предельный напор меньшим, чем у внешнего цилиндрического насадка, чтобы обеспечить работу расходящегося насадка без срыва вакуума, то есть полным сечением.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 356; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!