Elementy hydrauliczne sekcji pod napięciem. Równanie przepływu. Elementy przepływu hydraulicznego: czysty obszar

Przepływ cieczy- jest to część stale poruszającego się płynu, ograniczona przez stałe odkształcalne lub nieodkształcalne ściany tworzące kanał przepływowy. Przepływy o swobodnej powierzchni nazywane są przepływami swobodnymi. Przepływy, które nie mają wolnej powierzchni, nazywane są przepływami ciśnieniowymi

Przepływ płynu charakteryzują takie parametry, jak otwarta powierzchnia przekroju poprzecznego S, przepływ płynu Q(G) i średnia prędkość v.

Przekrój przepływu na żywo- jest to przekrój prostopadły w każdym punkcie do prędkości cząstek przepływu płynu.

Wektory prędkości cząstek wykazują pewną rozbieżność w przepływie płynu.

Żywy przekrój przepływu płynu to przekrój prostopadły do ​​prędkości cząstek w przepływie płynu w każdym punkcie.

Ryż. Wektory prędkości przepływu płynu (a) i efektywny przekrój przepływu (b)

Dlatego przekrój przepływu pod napięciem jest płaszczyzną zakrzywioną (ryc. a, linia I-I) Ze względu na niewielką rozbieżność między wektorami prędkości w hydrodynamice, za przekrój czynny przyjmuje się płaszczyznę położoną prostopadle do prędkości płynu w środku przepływu.

Przepływ cieczy to ilość cieczy przepływającej przez czynny przekrój przepływu w jednostce czasu. Natężenie przepływu można określić w ułamkach masowych G i ułamkach objętościowych Q.

Średnia prędkość płynu jest średnią prędkością cząstek w czynnym przekroju przepływu.

Jeśli w czynnym przekroju przepływu poruszającego się np. w rurze skonstruujemy wektory prędkości cząstek i połączymy końce tych wektorów, to otrzymamy wykres zmian prędkości (diagram prędkości).

Ryż. Rozkład prędkości płynu w czynnym odcinku rury podczas przepływu: a - turbulentny; b - laminarny

Jeżeli pole takiego diagramu podzielimy przez średnicę danej rury, to otrzymamy wartość średniej prędkości ruchu płynu na danym odcinku:

Vcр = Se/d,
gdzie Se jest obszarem lokalnego wykresu prędkości; d - średnica rury

Objętościowy przepływ płynu oblicza się ze wzoru:

Q = Se*Msr,
gdzie Q jest żywym polem przekroju przepływu.

Parametry przepływu płynu określają charakter ruchu płynu. Co więcej, może być stały i niestabilny, jednolity i nierówny, ciągły i kawitacyjny, laminarny i turbulentny.

Jeżeli parametry przepływu płynu nie zmieniają się w czasie, wówczas jego ruch nazywa się stałym.

Równomierny to ruch, w którym parametry przepływu nie zmieniają się wzdłuż długości rurociągu lub kanału. Na przykład ruch cieczy w rurze o stałej średnicy jest równomierny.

Ciągły ruch cieczy nazywa się, gdy porusza się ona w sposób ciągły, który wypełnia całą objętość rurociągu.

Oddzielenie przepływu od ścianek rurociągu lub od opływowego obiektu prowadzi do wystąpienia kawitacji.

Kawitacja to powstawanie pustek w cieczy wypełnionej gazem, parą wodną lub ich mieszaniną.

Kawitacja następuje w wyniku lokalnego spadku ciśnienia poniżej Krytyczna wartość pcr w danej temperaturze (dla wody pcr = 101,3 kPa przy T = 373 K lub pcr = 12,18 kPa przy T = 323 K itd.). Kiedy takie pęcherzyki dostają się do strefy, w której ciśnienie jest wyższe od krytycznego, cząsteczki cieczy wpadają do tych pustych przestrzeni, co prowadzi do gwałtownego wzrostu ciśnienia i temperatury. Dlatego kawitacja niekorzystnie wpływa na pracę turbin hydraulicznych, pomp cieczy i innych elementów urządzeń hydraulicznych.

Przepływ laminarny- jest to uporządkowany ruch cieczy bez mieszania się sąsiednich warstw. Na przepływ laminarny prędkość i siły bezwładności są zwykle małe, a siły tarcia są znaczne. Gdy prędkość wzrasta do określonej wartości progowej, reżim przepływu laminarnego staje się turbulentny.

Ruch burzliwy- jest to przepływ cieczy, w której jej cząstki wykonują niestabilny, losowy ruch po złożonych trajektoriach. W przepływie turbulentnym prędkość płynu i jego ciśnienie w każdym punkcie przepływu zmieniają się chaotycznie i następuje intensywne mieszanie poruszającego się płynu.

Aby określić sposób ruchu płynu, istnieją warunki, zgodnie z którymi prędkość przepływu może być większa lub mniejsza od prędkości krytycznej, gdy ruch laminarny staje się turbulentny i odwrotnie.

Ustalono jednak bardziej uniwersalne kryterium, które nazywa się kryterium lub liczbą Reynoldsa:

Re = vd/V,
gdzie Re jest liczbą Reynoldsa; v - średnia prędkość przepływu; d - średnica rurociągu; V- lepkość kinematyczna płyny.

Doświadczenia wykazały, że w momencie przejścia z laminarnego trybu ruchu płynu do turbulentnego Re = 2320.

Liczbę Reynoldsa, przy której reżim laminarny staje się turbulentny, nazywa się krytyczną. Dlatego w Re< 2320 движение жидкости - ламинарное, а при Re >2320 - burzliwy. Stąd prędkość krytyczna dla dowolnej cieczy.

Charakterystyka hydrauliczna przepływu cieczy. Konsumpcja.

Sekcja na żywo przepływ to powierzchnia (przekrój) normalna do wszystkich linii strumienia przecinających ją i leżąca wewnątrz przepływu płynu. Otwarta powierzchnia przekroju poprzecznego jest oznaczona literą ω . W przypadku elementarnego strumienia cieczy stosuje się tę koncepcję sekcja na żywo strumienia podstawowego (przekrój strumienia prostopadły do ​​linii prądu), którego obszar jest oznaczony przez dω.

Zwilżony obwód przepływ - linia, wzdłuż której ciecz styka się z powierzchniami kanału w danej części mieszkalnej. Długość tej linii jest oznaczona literą C .

W przepływach ciśnieniowych zwilżony obwód pokrywa się z obwodem geometrycznym, ponieważ przepływ płynu styka się ze wszystkimi stałymi ścianami.

Promień hydrauliczny R przepływ jest wielkością często stosowaną w hydraulice, reprezentującą stosunek otwartej powierzchni przekroju poprzecznego ω do zwilżonego obwodu C :

Podczas ruchu ciśnieniowego w rurze okrągły przekrój promień hydrauliczny będzie równy:

,

te. jedna czwarta średnicy lub połowa promienia rury.

Dla swobodnego przepływu przekrój prostokątny w przypadku wymiarów promień hydrauliczny można obliczyć za pomocą wzoru

.

Swobodna powierzchnia cieczy nie jest brana pod uwagę przy określaniu obwodu zwilżanego.

Natężenie przepływu płynu (przepływ płynu)– ilość cieczy przepływającej w jednostce czasu przez czynny przekrój przepływu.

Istnieją objętościowe, masowe i wagowe natężenia przepływu cieczy.

Objętościowe natężenie przepływu cieczy to objętość cieczy przepływającej w jednostce czasu przez czynny przekrój przepływu. Objętościowe natężenie przepływu cieczy zwykle mierzy się w m 3 /s , dm 3 /s Lub l/s . Oblicza się to według wzoru

Gdzie Q - objętościowe natężenie przepływu cieczy,

W- objętość cieczy przepływającej przez czynny przekrój przepływu,

t to czas przepływu płynu.

Masowe natężenie przepływu cieczy to masa cieczy przepływającej w jednostce czasu przez przekrój przepływu pod napięciem. Przepływ masowy mierzy się zwykle w kg/s, g/s lub t/s i określa się go za pomocą wzoru

Gdzie Q M - masowe natężenie przepływu cieczy,

M- masa cieczy przepływającej przez czynny przekrój przepływu,

t to czas przepływu płynu.

Wagowe natężenie przepływu cieczy to masa cieczy przepływającej w jednostce czasu przez przekrój przepływu pod napięciem. Przepływ masy jest zwykle mierzony w N/s , KN/s . Wzór na jego określenie wygląda następująco:

Gdzie Q G - wagowe natężenie przepływu płynu,

G- ciężar cieczy przepływającej przez czynny przekrój przepływu,

t to czas przepływu płynu.

Najczęściej stosuje się objętościowe natężenie przepływu cieczy. Biorąc pod uwagę fakt, że na przepływ składają się strumienie elementarne, na natężenie przepływu składa się również natężenie przepływu elementarnych strumieni cieczy dQ.

Natężenie przepływu strumienia elementarnego– objętość cieczy dW , przechodząc przez żywy przekrój potoku w jednostce czasu. Zatem:

Jeśli ostatnie wyrażenie zostanie zintegrowane po otwartej powierzchni przekroju przepływu, możemy otrzymać wzór na objętościowe natężenie przepływu cieczy jako sumę natężeń przepływu strumieni elementarnych

Zastosowanie tego wzoru w obliczeniach jest bardzo trudne, ponieważ prędkości przepływu elementarnych strumieni cieczy w różnych punktach czynnego przekroju przepływu są różne. Dlatego w praktyce do określenia natężenia przepływu często używa się pojęcia średniej prędkości przepływu.

Średnia prędkość przepływu płynu V śr w danym odcinku jest to prędkość przepływu, która faktycznie nie istnieje, taka sama dla wszystkich punktów danej części mieszkalnej, z jaką musiałaby przemieszczać się ciecz, aby jej natężenie przepływu było równe rzeczywistemu.

Sekcja na żywo(ώ) to przekrój przepływu położony prostopadle do kierunku średniej prędkości przepływu i ograniczony poniżej kanałem, a powyżej powierzchnią wody.

Do badania przekroju pod napięciem i obwodu zwilżonego wykorzystano przekroje, na których wyznaczono. Na każdym z tych odcinków w określonych punktach dokonywane są pomiary głębokości (tab. 11).

Tabela 11 Pomiary głębokości odcinków czynnych

Odległość pomiędzy punktami pomiarowymi na trasie zależy od szerokości potoku i przyjmuje się ją dla szerokości od 1 do 5 m – co 0,5 m i od 5 do 10 m – co 0,5-1,0 m.

Aby określić żywą powierzchnię przekroju, profile są budowane na papierze milimetrowym Przekrój każdej sekcji (ryc. 5). Dla przejrzystości skala pionowa (dla głębokości) jest 10 razy większa niż skala pozioma. Poziom wody i data pomiaru są wskazane nad profilem.

Rysunek 5 Przekrój poprzeczny linii trasowania

Powierzchnię mieszkalną oblicza się jako sumę powierzchni figury geometryczne(trapez i trójkąty prostokątne u wybrzeży) według wzoru:

gdzie b jest stałą odległością pomiędzy punktami pomiarowymi, m;

b n – odległość pomiędzy skrajne punkty, M;

Н 1, Н 2….Н n– głębokość w punktach pomiarowych, m.

Powierzchnia mieszkalna przekroju poprzecznego jest obliczana dla górnego c), środkowego (c) i dolnego n). Średnią powierzchnię mieszkalną oblicza się ze wzoru:

Zwilżony obwód(χ) – długość dna rzeki pomiędzy brzegami wody. Oblicza się ją jako sumę przeciwprostokątnych trójkątów prostokątnych, korzystając ze wzoru

+ 2 + ………

gdzie b 2 to stała odległość między punktami pomiarowymi, m;

b n - odległość między skrajnymi punktami;

N 1, N 2, N n) - głębokość mierzenie pionów, M.

Zwilżony obwód oblicza się wzdłuż górnego b, środkowego c i dolnego n sekcji. Średni obwód zwilżony av (m) oblicza się ze wzoru

Średnia = 0,25(v +2 s + n).

Promień hydrauliczny ( R) jest stosunkiem do Śr. W przypadku kanałów, których szerokość jest zbliżona do obwodu zwilżanego, R=śr.

Konsumpcja Q(m 3 / s) wody w rzece to ilość wody przepływającej przez przekrój poprzeczny w ciągu jednej sekundy

Znajomość przepływu wody i obszaru zlewni rzeki F, oblicz moduł drenażu M(Lub Q, l/s od 1 km 2).

Stanowiska pomiarowe wody

Obserwację wysokości (H) poziomu wody (WL) w rzece prowadzi się na stacji wodowskazowej. Wyróżniamy słupy słupowe, stojakowe, automatyczne i inne. Obserwacje na nich prowadzone są zwykle dwa razy dziennie – po 8 i 20 godzin.

Stos wodomierz składa się z pali wbijanych w pewnej odległości od siebie w dno lub brzeg rzek i wzdłuż linii trasowania (ryc. 6). Ten najwyższy ma numer 1 i nie jest zalewany nawet podczas największych powodzi. Za nim, bliżej rzeki, znajduje się stos nr 2 itd. Ostatni, dolny stos wbija się w dno rzeki, jego czoło jest zawsze zalewane. Głowice pali wznoszą się nie więcej niż 10-15 cm nad powierzchnię gruntu. Mierzy się odległość między paliami i wyrównuje je (nadmiar między nimi nie przekracza 40-50 cm).

Rysunek 6 Stacja pomiaru wody palowej

Pomiar wysokości zwierciadła wody odbywa się za pomocą przenośnego miernika poziomu wody, który umieszcza się na głowicy pala.

Zębatka i zębatka stacja wodomierzowa składa się z jednej lub kilku listew pomiarowych, trwale przymocowanych do ściany konstrukcji lub do specjalnych pali.

Automatyczny stacja pomiaru wody Na rzekach uregulowanych i rzekach o dużych wahaniach poziomu wody, oprócz zwykłych słupków pomiarowych, instalowane są rejestratory, które w sposób ciągły rejestrują poziom wody. Instalacja rejestratorów Valdai odbywa się najczęściej na brzegu rzeki w małej budce nad żelbetem lub drewniana studnia, która jest połączona rurą zasilającą z rzeką. Poziom wody w studni zostaje przywrócony do tego samego poziomu, co w rzece (ryc. 7).

Rysunek 7 Instalacja rejestratora typu Shore

Badanie właściwości powierzchniowych lub granicznych, takich jak zdolność zwilżania; badanie efektów dyfuzji; analiza materiałów poprzez określenie ich efektów powierzchniowych, brzegowych i dyfuzyjnych; badanie lub analiza struktur powierzchniowych w zakresie atomowym

Wynalazek dotyczy rolnictwo, w szczególności metod badania spływu roztopów i wód opadowych występujących na powierzchni tworzącej spływ. Technicznym rezultatem wynalazku jest uproszczenie sposobu i zwiększenie dokładności wyznaczania obwodu zwilżonego dla szorstkiego złoża. Istota wynalazku: proces interakcji przepływu wody z nierówna powierzchnia poprzez wymianę części roboczej korytka pochyłego, wykonanej z badanej chropowatej powierzchni, na precyzyjnie wykonaną próbkę za pomocą hydraulicznych gładka powierzchnia, znajdź zależność wysokości przepływu od natężenia przepływu wody dla hydraulicznie gładkiej powierzchni. Precyzyjnie wykonaną próbkę o hydraulicznie gładkiej powierzchni zastępuje się częścią roboczą wykonaną z badanej chropowatej powierzchni i wyznacza się graficzną zależność wysokości przepływu od natężenia przepływu wody dla chropowatej powierzchni. Współczynnik obwodu zwilżonego określa się jako stosunek krytycznych prędkości przepływu wody odpowiadających krytycznej liczbie Reynoldsa na granicy między, odpowiednio, laminarnym i przejściowym reżimem przepływu wody, dla nierównych i hydraulicznie gładkich powierzchni kanałów. Wartość obwodu zwilżonego dla powierzchni chropowatej wyznacza się jako iloczyn współczynnika obwodu zwilżonego i obwodu zwilżonego dla powierzchni gładkiej hydraulicznie. 1 stół, 3 chore.

Rysunki do patentu RF 2292034

Wynalazek dotyczy rolnictwa, w szczególności sposobów i urządzeń do badania spływu roztopów i wód opadowych występujących na powierzchni spływowej (na skarpach, w sieci rynienowej, w kanałach tymczasowych itp.) i może być stosowany w dziedzinie hydrologii, hydrotechniki, nawadniania i odwadniania, w budownictwie przemysłowym, lądowym i drogowym.

Znana jest metoda wyznaczania obwodu zwilżonego, jako elementu czynnego przekroju przepływu, dla kanałów pryzmatycznych. Na przykład okrągły przekrój pod napięciem ma obwód zwilżony, równa długości koło

gdzie R jest promieniem okrągłego przekroju pod napięciem.

W przypadku zwykłych kanałów prostokątnych obwód zwilżany określa się jako sumę szerokości i dwukrotności wysokości przepływu płynu

gdzie B jest szerokością kanału, h jest wysokością przepływu poruszającego się płynu.

Niekorzyść znana metoda polega na tym, że dla wszystkich podanych przekrojów dokładność określenia obwodu zwilżonego zależy od gładkości hydraulicznej kanału. W przypadku powierzchni chropowatych obwód zwilżany jest znacznie większy niż w przypadku powierzchni gładkich. Podczas dyrygowania obliczenia hydrauliczne faktu tego nie bierze się pod uwagę lub stosuje się przybliżoną definicję obwodu zwilżonego dla nierównego koryta rzeki.

Znana jest także metoda wyznaczania obwodu zwilżonego materiału na chropowatej powierzchni, zaproponowana przez prof. A.A.Sabaneev, polegający na zastąpieniu rzeczywistego zwilżonego obwodu linią przerywaną. Tutaj dla każdego odcinka linii łamanej ustawia się kąt jej nachylenia do horyzontu

gdzie h i jest wysokością odcinków linii łamanej; b i jest długością rzutu poziomego każdego segmentu,

Podsumowując wartości i, otrzymujemy wyrażenie na zwilżony obwód w postaci:

Jednak rzeczywistego zwilżonego obwodu nie można zastąpić linią przerywaną, ponieważ szorstka powierzchnia składa się z małych cząstek inny kształt kontury (okrąg, elipsa i inne figury o bardziej złożonym kształcie).

Celem wynalazku jest uproszczenie sposobu i zwiększenie dokładności wyznaczania obwodu zwilżonego złoża szorstkiego.

Cel ten osiąga się poprzez to, że w metodzie wyznaczania obwodu zwilżonego dla kanału o chropowatej powierzchni, obejmującego modelowanie procesu oddziaływania strumienia wody z chropowatą powierzchnią, do czego wykorzystuje się część roboczą pochyłego korytka , wykonany w postaci precyzyjnie wykonanej próbki o gładkiej hydraulicznie powierzchni, ustala się za pomocą układu dostarczającego stałe ciśnienie, natężenia przepływu wody i mierzy wysokość przepływu w części wlotowej i wylotowej korytka, znajduje graficzną zależność wysokość przepływu na natężenie przepływu wody dla powierzchni hydraulicznie gładkiej, wymienić precyzyjnie wykonaną próbkę o powierzchni hydraulicznie gładkiej na część roboczą wykonaną z badanej chropowatej powierzchni, ustawić natężenia przepływu wody i zmierzyć wysokość przepływu w części wlotowej i wylotowej tacę, znaleźć graficzną zależność wysokości przepływu od przepływu wody dla chropowatej powierzchni i z zależności graficznych wyznaczyć krytyczne prędkości przepływu wody dla chropowatej i hydraulicznie gładkiej powierzchni, odpowiadające krytycznej liczbie Reynoldsa na granicy laminarnej i reżimy przepływu wody przejściowej, wyrażone na krzywych gwałtownym wzrostem wysokości przepływu, wyznaczają współczynnik obwodu zwilżonego k jako stosunek krytycznych prędkości przepływu wody odpowiadających krytycznej liczbie Reynoldsa na granicy odpowiednio reżimów laminarnego i przejściowego przepływu wody, do powierzchni szorstkich i gładkich hydraulicznie:

h - wysokość przepływu wody w części wylotowej korytka, m,

i wyznacz wartość obwodu zwilżonego dla powierzchni chropowatej jako iloczyn współczynnika obwodu zwilżonego i obwodu zwilżonego dla powierzchni gładkiej hydraulicznie:

gdzie W jest zwilżonym obwodem chropowatej powierzchni, m;

G jest zwilżonym obwodem hydraulicznie gładkiej powierzchni, m.

Figura 1 przedstawia urządzenie do realizacji proponowanego sposobu; na rysunku 2 - sekcja A-A na rysunku 1.

Urządzenie składa się z pochylonej tacy 1, przymocowanej do podstawy 2 (rys. 1), przy czym taca składa się z trzech oddzielnych składniki, składający się z wejścia i wyjścia 3, wykonanych z hydraulicznie gładką powierzchnią (np. szkło lustrzane) oraz części roboczej 4, wykonanej z próbnej chropowatej powierzchni, precyzyjnie zamontowanej pomiędzy częścią wejściową i wyjściową za pomocą śrub mikrometrycznych 5 umieszczonych w podstawa 2, 6 mikrometrów z igłami pomiarowymi 7 osadzona w części wlotowej i wylotowej korytka wzdłuż jej osi wzdłużnej na ściankach bocznych (rys. 2), narożniki 8 umieszczone na bokach podstawy na całej długości, zapewniające prostoliniowość korytka 1, układu zasilania stałociśnieniowego 9, przepustnicy 10 i zacisku Hoffmanna 11.

Metodę wdraża się w następujący sposób. Przed rozpoczęciem doświadczeń zamiast części roboczej 4 w korytku 1 instaluje się precyzyjnie wykonaną próbkę o hydraulicznie gładkiej powierzchni, na przykład szkło lustrzane, które jest wodoodporne wzdłuż linii łączenia (nie pokazano). Następnie za pomocą systemu zasilania stałym ciśnieniem ustala się wstępnie obliczony przepływ wody Q V

gdzie Re KR 1000 jest krytyczną liczbą Reynoldsa dla przepływa grawitacja; B - szerokość tacy, m; - lepkość kinematyczna wody, m 2 /s.

Zacisk Hoffmanna 11 otwiera się i za pomocą mikrometru 6 z igłą pomiarową 7 mierzy się wysokość przepływu wody w części wlotowej hw1 i wylotowej h korytka 1. Następnie zwiększa się przepływ wody i przeprowadza się doświadczenia do powyższej metody. Ustawiając natężenia przepływu, określa się wysokość przepływu wody w części wlotowej hw1 i wylotowej h części korytka 1. Uzyskane wyniki zapisuje się w dzienniku obserwacji, w którym kreślony jest wykres zależności wysokości przepływu od Wykreślono przepływ wody h = f (Q).

Potem w zamian szkło lustrzane część roboczą 4 z testowaną chropowatą powierzchnią instaluje się na tacy 1. Połączenia pomiędzy częścią roboczą 4 i tacą 1 są wodoodporne. Otwiera się zacisk Hoffmanna 11 i za pomocą mikrometru 6 z igłą pomiarową 7 dokonuje się pomiaru wysokości przepływu wody w części wlotowej korytka hin (w wyniku badań stwierdzono, że dla dane wydatki wysokość przepływu h w h in1, dlatego h in nie jest mierzona) oraz wysokość przepływu wody w części wylotowej h tacy 1.

Uzyskane wyniki zapisuje się w dzienniku obserwacji, w którym wykreśla się wykres zależności wysokości przepływu od przepływu wody h=f(Q). Wykres wyznacza krytyczne natężenia przepływu wody i , odpowiadające krytycznej liczbie Reynoldsa, na granicy reżimów laminarnego i przejściowego przepływu wody, wyrażone na krzywych h=f(Q) odpowiednio poprzez gwałtowny wzrost wysokości przepływu dla zgrubnych i hydraulicznie gładkich powierzchni.

Wyraźmy krytyczną liczbę Reynoldsa dla przepływów swobodnych dla hydraulicznie gładkiej powierzchni

oraz dla badanej chropowatej powierzchni

Na granicy reżimu laminarnego i przejściowego liczba Reynoldsa jest prawie taka sama dla gładkich i chropowatych powierzchni kanałów. To ostatnie potwierdzają liczne badania. Tak więc, według Chugaeva R.R. Liczba Reynoldsa Re nie zależy od chropowatości powierzchni, a na wartość liczby Reynoldsa Re istotny wpływ ma przekrój przepływu.

Zrównując wyrażenia (1) i (2) otrzymujemy, że stosunek obwodów zwilżonych powierzchni chropowatych i gładkich hydraulicznie jest równy stosunkowi krytycznych prędkości przepływu wody odpowiadających krytycznej liczbie Reynoldsa na granicy modów laminarnych i przejściowych przepływu wody na nierównych i hydraulicznie gładkich powierzchniach

Wyznaczmy współczynnik obwodu zwilżonego poprzez stosunek krytycznych natężeń przepływu

oraz wartość zwilżonego obwodu dla chropowatej powierzchni

gdzie k jest współczynnikiem obwodu zwilżonego; W - zwilżony obwód chropowatej powierzchni, m; G - zwilżony obwód hydraulicznie gładkiej powierzchni, m; - krytyczny przepływ wody w m 3 / s, odpowiadający krytycznej liczbie Reynoldsa, na granicy laminarnego i przejściowego trybu przepływu wody po chropowatej powierzchni, określony na podstawie zależności graficznej uzyskanej w wyniku eksperymentu; - krytyczny przepływ wody w m 3 / s, odpowiadający krytycznej liczbie Reynoldsa, na granicy laminarnego i przejściowego trybu przepływu wody po hydraulicznie gładkiej powierzchni, określony na podstawie zależności graficznej uzyskanej w wyniku eksperymentu.

3. Patent RF nr 2021647, kl. A 01 B 13/16, 1994.

PRAWO

Metoda wyznaczania obwodu zwilżonego kanału o chropowatej powierzchni, obejmująca modelowanie procesu oddziaływania strumienia wody z chropowatą powierzchnią, charakteryzująca się tym, że wykorzystuje część roboczą pochyłego korytka, wykonaną w postaci precyzyjnego -wykonaną próbkę o gładkiej hydraulicznie powierzchni, ustawić za pomocą stałego ciśnienia w sieci zasilającej, natężenia przepływu wody i zmierzyć wysokość przepływu w części wlotowej i wylotowej korytka, znaleźć graficzną zależność wysokości przepływu od natężenia przepływu wody dla powierzchnię hydraulicznie gładką, zastąpić precyzyjnie wykonaną próbkę powierzchnią hydraulicznie gładką częścią roboczą wykonaną z badanej chropowatej powierzchni, ustawić natężenia przepływu wody oraz zmierzyć wysokość przepływu w części wlotowej i wylotowej korytka, znaleźć zależność graficzną wysokości przepływu na przepływie wody dla powierzchni chropowatej i z zależności graficznych wyznaczyć przepływ krytyczny wody dla powierzchni chropowatej

Przepływ, obwód zwilżany, promień hydrauliczny, przepływ objętościowy i wagowy cieczy, średnia prędkość przepływu

Wszystkie przepływy płynów są podzielone na dwa typy:

1) ciśnienie - bez wolnej powierzchni;

2) bezciśnieniowe - z wolną powierzchnią.

Wszystkie przepływy mają wspólne elementy hydrauliczne: linie przepływu, otwartą przestrzeń, natężenie przepływu, prędkość. Przynieśmy krótki słownik te terminy hydrauliczne.

Wolna powierzchnia - jest to granica między cieczą a gazem, której ciśnienie jest zwykle równe ciśnieniu atmosferycznemu (ryc. 7, a). Jej obecność lub brak determinuje rodzaj przepływu: swobodny lub ciśnieniowy. Przepływy ciśnienia z reguły obserwuje się w rury wodne(Rys. 7, b) - praca w pełnym przekroju. Bezciśnieniowe - w systemach kanalizacyjnych (ryc. 7, c), w których rura nie jest całkowicie wypełniona, przepływ ma swobodną powierzchnię i porusza się grawitacyjnie, ze względu na nachylenie rury.

Linia opływowa to elementarny strumień przepływu, którego pole przekroju poprzecznego jest nieskończenie małe. Przepływ składa się z wiązki strumieni (ryc. 7d).

Obszar przepływu na żywo (m2) - jest to pole przekroju przepływu prostopadłego do linii prądu (patrz ryc. 7d).

Przepływ Q(Lub Q) to objętość cieczy V, przechodząc przez czynny przekrój przepływu w jednostce czasu T :

q = V/t.

Jednostki przepływu SI m3/s oraz w innych systemach: m3/h, m3/dzień, l/s.

Średnia prędkość przepływu v (SM) - jest to iloraz natężenia przepływu przez otwarte pole przekroju poprzecznego:

Prędkości przepływu wody w sieciach wodociągowych i kanalizacyjnych budynków są zwykle rzędu 1 SM.

Kolejne dwa terminy odnoszą się do przepływów grawitacyjnych.

Zwilżony obwód (M) - jest to część obwodu części przepływu pod napięciem, w której ciecz styka się ze ścianami stałymi. Na przykład na ryc. 7 , pod względem wielkości jest długość łuku utworzonego koła Dolna część część przepływu pod napięciem i styka się ze ściankami rury.

Promień hydrauliczny R (m) - jest to relacja formy używana jako parametr projektowy we wzorach na przepływy swobodne.

Temat 1.3: „Wypływ płynu. Obliczenia hydrauliczne prostych rurociągów”

Przepływać przez małe otwory w cienkiej ściance pod stałym ciśnieniem. Przepływ z powodu niedoskonałej kompresji. Wygaśnięcie poniżej poziomu. Przepływ przez dysze pod stałym ciśnieniem. Odpływ spod zaworu w korytku poziomym.

Dziurę uważa się za małą, jeśli jej wysokość nie przekracza 0,1 N, Gdzie
N– nadmiar wolnej powierzchni cieczy powyżej środka ciężkości otworu (rys. 1).

Ścianę uważa się za cienką, jeśli jej grubość d< (1,5…3,0) D(patrz ryc. 1). Jeżeli ten warunek jest spełniony, wartość d nie wpływa na charakter wypływu cieczy z otworu, gdyż wypływający strumień cieczy dotyka jedynie ostrej krawędzi otworu.

Ryż. 1. Wyciek cieczy z otworu
w cienkiej ścianie

Ponieważ cząstki cieczy przemieszczają się w kierunku otworu po krzywoliniowych trajektoriach sił bezwładności, strumień wypływający z otworu jest sprężany. W wyniku działania sił bezwładności strumień po wyjściu z otworu nadal się ściska. Największą kompresję strumienia, jak wykazują doświadczenia, obserwuje się na odcinku c-c w odległości około (0,5...1,0) D od krawędzi wejściowej otworu (patrz rys. 1). Ta sekcja nazywa się skompresowaną. Oszacowano stopień kompresji strumienia na tym odcinku Stopień sprężania mi:

,

gdzie w c i w są odpowiednio obszarem sprężonego odcinka strumienia pod napięciem i obszarem otworu.

Średnia prędkość odrzutowce V c w skompresowanej sekcji с-с at R 0 = R at oblicza się na podstawie wzoru uzyskanego z równania D. Bernoulliego, opracowanego dla sekcje I-I i s-s (patrz ryc. 1):

,

gdzie j jest współczynnikiem prędkości otworu.

Wykorzystując równanie na trajektorię strumienia wypływającego z otworu, otrzymujemy kolejne wyrażenie na współczynnik j:

We wzorach (3) i (4) a jest współczynnikiem Coriolisa, z jest współczynnik oporu otworu, x ja I tak, ja– współrzędne dowolnego punktu trajektorii strumienia, mierzone od środka otworu.

Ponieważ ciśnienie jest tracone głównie w pobliżu otworu, gdzie prędkości są dość duże, przy wypływaniu z otworu, tylko lokalna utrata głowy.

Przepływ cieczy Q przez otwór jest równa:

.

Tutaj m jest współczynnikiem przepływu przez kryzę, który uwzględnia wpływ oporu hydraulicznego i kompresji strumienia na przepływ płynu. Uwzględniając wyrażenie na m, wzór (1.25) przyjmuje postać:

Wyznacza się wartości współczynników e, z, j, m dla otworów empirycznie. Stwierdzono, że zależą one od kształtu otworu i liczby Reynoldsa. Jednakże przy dużych liczbach Reynoldsa (Re ³ 10 5) wskazane współczynniki nie zależą od Re zarówno dla okrągłego, jak i kwadratowe otwory przy doskonałej kompresji strumienie są równe: e = 0,62...0,64, z = 0,06, j = 0,97...0,98, m = 0,60...0,62.

Dysza to rura o długości 2,5 D £ L n 5 funtów D(rys. 2), połączonego z niewielkim otworem w cienkiej ściance w celu zmiany charakterystyki hydraulicznej wypływu (prędkość, przepływ płynu, trajektoria strumienia).

Ryż. 2. Odpływ przez rozbieżny
i zbieżne dysze

Dysze są cylindryczne (zewnętrzne i wewnętrzne), stożkowe (zbieżne i rozbieżne) oraz stożkowe, czyli obrysowane w kształcie strumienia wypływającego z otworu.

Stosowanie dowolnego rodzaju dyszy powoduje zwiększenie zużycia płynu Q dzięki podciśnieniu powstającemu wewnątrz dyszy w sprasowanym obszarze sekcje s-s(patrz rys. 2) i powodując wzrost ciśnienia wylotowego.

Średnia prędkość wypływu cieczy z dyszy V i konsumpcja Q wyznaczają wzory otrzymane z równania D. Bernoulliego zapisanego dla rozdziałów 1–1 (w zbiornik ciśnieniowy) i dopływ (na wyjściu z dyszy, rys. 2).

Tutaj - współczynnik prędkości dyszy,

z n – współczynnik oporu dyszy.

Do sekcji wylotowej współczynnik v-v sprężenie strumienia e = 1 (dysza w tym obszarze pracuje w pełnym przekroju), stąd natężenie przepływu przez dyszę m n = j n.

Przepływ płynu wypływającego z dyszy oblicza się ze wzoru zbliżonego do wzoru (7),