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 Rг↓, что приводит к уменьшению Q и U ( ).
♦ Гидравлический расчет безнапорных трубопроводов производится аналогично расчетам открытых каналов; отличие только в том, что у каналов h↑→Rг↑ всегда, а у безнапорных трубопроводов h < hкр h↑→Rг↑; h > hкр h↑→Rг↓.
Для удобства расчетов поступают следующим образом:
Рассчитывают модули скорости и расхода при движении жидкости полным сечением – Wo, Ko.
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 = τоΩ)
где коэффициенты трения: Сf – локальный; СF – средний по пластине.
При двустороннем обтекании пластины длиной ℓ решение Блазиуса дает (без вывода):
, где
При Reℓ > 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 τо = 0 т.к. .
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 445; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!