- •Вопрос 8.
- •Вопрос 9.
- •Назовите аппараты, предназначенные для перекачивания жидкостей. Определите назначение насосов. Классифицируйте насосы. Выделите
- •Вопрос 10
- •Назовите этапы пуска и остановки центробежного насоса. Опишите схему насосной установки. Охарактеризуйте устройство, принцип действия центробежного насоса. Спроектируйте схему насосной установки.
Вопрос 8.
Назовите режимы движения жидкостей. Определите факторы, влияющие на режим движения реальных жидкостей. Охарактеризуйте режимы движения вязких жидкостей. Скорректируйте формулу определения эквивалентного диаметра для кольцевого и прямоугольного сечения трубопровода.
В природе существуют два режима движения жидкости: ламинарный, и турбулентный. Существование того или иного режима движения определяется поведением частиц жидкости.
Смена режимов движения жидкости определяется отношением сил инерции к силам вязкости в потоке жидкости. Если преобладают первые, то режим движения турбулентный, если вторые - ламинарный. Турбулентные потоки возникают при высоких скоростях движения жидкости и малой вязкости, ламинарные потоки возникают в условиях медленного течения и в вязких жидкостях.
Характер движения жидкости зависит от средней скорости движения жидкости, от диаметра трубы и от вязкости жидкости, причём при увеличении вязкости жидкости для смены режима течения жидкости требуется большая скорость. Переход одного вида движения в другой происходит при определенном значении комплекса перечисленных величин, называемого критерием Рейнольдса: Критерий Рейнольдса является безразмерной величиной. Величина Re называется критическим значением критерия Рейнольдса. Для прямых труб Re Движение жидкости в прямых трубах при Re является устойчивым ламинарным. При Re движение турбулентно, однако устойчивый турбулентный характер оно приобретает при Re В пределах Re от 2300 до 10 000 турбулентное движение является недостаточно устойчивым (переходная область)
При наблюдении за движением жидкости в трубах и каналах, можно заметить, что в одном случае жидкость сохраняет определенный строй своих частиц, а в других - перемещаются бессистемно. Однако исчерпывающие опыты по этому вопросу были проведены Рейнольдсом в 1883 г. На рис. изображена установка, аналогичная той, на которой Рейнольдс производил свои опыты.
Рис. Схема установки Рейнольдса
Установка состоит из резервуара А с водой, от которого отходит стеклянная труба В с краном С на конце, и сосуда D с водным раствором краски, которая может по трубке вводиться тонкой струйкой внутрь стеклянной трубы В.
Первый случай движения жидкости. Если немного приоткрыть кран С и дать возможность воде протекать в трубе с небольшой скоростью, а затем с помощью крана Е впустить краску в поток воды, то увидим, что введенная в трубу краска не будет перемешиваться с потоком воды. Струйка краски будет отчетливо видимой вдоль всей стеклянной трубы, что указывает на слоистый характер течения жидкости и на отсутствие перемешивания. Если при этом, если к трубе подсоединить пьезометр, то они покажут неизменность давления и скорости по времени. Такой режим движения называется ламинарный.
Второй случай движения жидкости. При постепенном увеличении скорости течения воды в трубе путем открытия крана С картина течения вначале не меняется, но затем при определенной скорости течения наступает быстрое ее изменение. Струйка краски по выходе из трубки начинает колебаться, затем размывается и перемешивается с потоком воды, причем становятся заметными вихреобразования и вращательное движение жидкости. Пьезометр при этом покажет непрерывные пульсации давления и скорости в потоке воды. Такое течение называется турбулентным (рис., вверху).
Если уменьшить скорость потока, то восстановится ламинарное течение.
Итак, ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости.
Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости.
Ламинарный режим движения встречается чаще всего при движении по трубам жидкостей с большой вязкостью (нефти, нефтепродуктов и т.д.), а также при движении воды в тонких капиллярных трубках и порах грунта.
Турбулентный режим встречается в большинстве случаев гидротехнической и гидромелиоративной практики (движение воды в трубах, каналах, реках и т.п.).
В качестве определяющего линейного размера l при движении жидкости через поперечное сечение каналов любой формы, отличной от круглой, принимают гидравлический радиус или эквивалентный диаметр.
Эквивалентный диаметр dЭ – это учетверенный гидравлический радиус.
Или эквивалентный диаметр равен диаметру трубопровода круглого сечения, для которого отношение S (площадь) к П (периметр) имеет то же значение, что и для данного трубопровода некруглого сечения.
1. Для канала кольцевого поперечного сечения:
2. Для канала прямоугольного сечения: