Файл: Основные сведения из гидравлики.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.03.2024

Просмотров: 97

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


Жидкостные манометры отличаются от пьезометров тем, что давление в них измеряют столбом ртути.

Механические манометры бывают пружинные и мемб­ранные. У пружинных манометров стрелка, показывающая дав­ление по шкале, соединена с пружиной, на которую давит среда, а в мембранных — па мембрану. Этими манометрами измеряют высокие давления.

Вакуумметры (жидкостные и механические) служат для измерения вакуума (разрежения), т. е. давления меньше атмо­сферного. Конструкция и принцип действия вакуумметров анало­гичны конструкции и принципу действия манометров.

На использовании закона Паскаля основано устройство гид­равлических прессов, гидравлических домкра-

то в, гидроприводов компрессоров высокого давления и дру­гих гидравлических машин. Эти машины обычно имеют два сооб­щающихся между собой цилиндра, диаметр одного из них во много раз больше диаметра другого. Цилиндры заполнены рабочей жидкостью, чаще маслом. В каждом цилиндре расположен пор­шень. Пусть Sм и Sб — площади поршней соответственно в малом и большом цилиндрах. Если приложить к поршню в малом ци­линдре силу FM, то под этим поршнем будет создано давление, равное

p = FM/SM.

В соответствии с законом Паскаля это давление без изменения передается под поршень в большом цилиндре. Тогда сила, действую­щая на поршень в этом цилиндре, Fб=pSб= SбFм/Sм

Как видим, сила Fб превосходит силу /-">, во столько раз, во сколько площадь Sб больше площади Sм.

Гидравлические сопротивления и число Рейнольдса. Одна из основных задач практической гидравлики — оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении реальных жидкостей в различных гидравлических систе­мах. Чтобы правильно определить эти сопротивления, необходимо понять, как может двигаться жидкость.

Существуют два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Ламинарный (слоистый) режим характеризуется тем, что струйки жидкости параллельны между собой и стенкам потока, они не перемешиваются по длине потока.

При изменении скорости потока жидкости упорядоченное движе­ние может перейти в неупорядоченное, так называемое турбулент­ное. При этом струйность потока нарушается, частицы жидкости перемещаются по разным направлениям.


В результате проведения опытов с подкрашенными струйками воды английский физик О. Рейнольде установил, что режим движе­ния зависит от средней скорости жидкости, диаметра трубопровода, динамической вязкости и плотности жидкости и что эти величины связаны между собой соотношением.

Число Рейнольдса Re — безразмерная величина, служащая од­ной из основных характеристик течения вязкой жидкости и равная отношению сил инерции к силам вязкости:

Re = ρv l /µ,

где р — плотность жидкости: v — характерная скорость (потока); / — характерный линейный размер (например, диаметр трубы); р. — коэффициент вязкости жидкости.

Число Рейнольдса является критерием подобия потоков вязкой жидкости.

При значениях Re меньше 2300 в трубе всегда происходит лами­нарное течение жидкости, а при Re больше 2300 — турбулентное. Если Re = 2300, то его называют критическим. На практике почти всегда приходится иметь дело с турбулентным режимом движения жидкости. Потери напора на трение при этом режиме больше, чем при ламинарном.

Потери напора на трение hтр состоят из внутреннего трения час­тиц и трения жидкости о стенки трубопровода hдл и потерь напора в задвижках, коленах, переходах и других подобных устройствах, называемых местными сопротивлениями hM.

Таким образом, hтр = hдл+hм.

Потери напора на прямолинейном участке трубопровода опреде­ляют по формуле hдл= λ(l/d) v2/(2g), где λ—коэффициент сопро­тивления трения жидкости в трубе, зависящей от режима движения, шероховатости стенок трубы и рода перемещаемой жидкости (обыч­но λ=0,02÷0,04); l—длина прямого участка трубопровода, м; d — диаметр трубопровода, м; v2/(2g)—скоростной напор жидко­сти, м.

Потери напора на преодоление местных сопротивлений будут

hM = εv2/(2g), где ε — коэффициент местного сопротивления.

Потерю напора, вызванную местным сопротивлением, можно определить непосредственным измерением разности показаний мо­нометров, поставленных до и после этого сопротивления. На прео­доление местных сопротивлений тратится значительная часть об­щей мощности, потребляемой насосом. Поэтому обычно ограничи­вают применение фасонных частей на насосных установках и избегают установки труб с резким изменением площади сечения.

§ 4. Истечение жидкости через отверстия и насадки

Истечение жидкости через отверстия

— одна из основных задач

гидравлики, отправная точка ее научного и практического разви­тия/ Следует отметить, что основное уравнение Д. Бернулли было получено именно в результате изучения истечения жидкости через отверстия.

Задача об истечении сводится к определению скорости истече­ния и расхода вытекающей жидкости, формы и поперечного сече­ния струи.

Для машинистов насосных установок истечение жидкости через отверстия имеет практическое значение] Насос подает или забира­ет жидкость через отверстия, расположенные в днище или боковой поверхности аппарата (резервуара).

При истечении жидкости через круглое отверстие с острой кром­кой (без скруглений), находящееся в стенке сосуда, струя сначала несколько сужается, образуя на некотором расстоянии от стенки наиболее сжатое сечение. В круглых отверстиях сравнительно не­больших размеров (диаметром меньше 100 мм) наиболее сжатое сечение находится от стенки сосуда на расстоянии, равном половине диаметра отверстия.

В технике широко используют также истечение жидкостей через насадки—короткие патрубки, присоединенные к отверстиям. Насад­ки различают по форме их проточной части. Наибольшее примене­ние находят насадки следующих типов: цилиндрические—внешние и внутренние; конические—сходящиеся и расходящиеся; конои-дальные криволинейного очертания, имеющие форму сжатой струи.

Длину насадка берут обычно равной от 1,5 до 3 диаметров от­верстия. Насадки применяют главным образом для увеличения пропускной способности отверстия. Расход жидкости при истечении через насадок больше, чем при истечении через отверстия, так как при входе в насадок струя сжимается, а затем постепенно расширя­ется, заполняя все сечение насадка. В результате сжатия струи в насадке образуется вакуум и происходит подсасывание жидкости ,из резервуара. На этом основана работа струйных насосов и первич-ных приборов для измерения расхода жидкости в трубопроводах. Скорость истечения жидкости определяют по формуле

vc = φV2gH, где φ — коэффициент скорости; Н — статический напор,

g—ускорение свободного падения, м/с2.

Контрольные вопросы. 1. Что такое гидравлика? 2. Какими свойствами об­ладают жидкости? 3. Запишите основное уравнение гидростатики. 4. Что на­зывается живым сечением потока? 5. Запишите уравнение Д. Бернулли для потока реальной жидкости. 6. По какой формуле определяют число Рейнольдса?



Глава II

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ

Термодинамика — раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термо­динамического равновесия, и процессы перехода между этими со­стояниями.

Основное содержание термодинамики — процессы взаимного пре­вращения теплоты и механической работы как двух форм обмена энергией.

Объектом изучения в термодинамике является какое-либо газо­образное вещество, выполняющее главную функцию в тепловой машине: пар, продукты сгорания топлива, сжатый газ и т. п. Такое вещество называется рабочим телом машины или термодинамиче­ской системы. В результате подвода или отвода теплоты рабочее тело либо расширяется, совершая работу, либо сжимается под действием внешних сил с затратой работы извне.

§ 5. Параметры состояния газа

Главную роль в поведении газа играет хаотическое движение его молекул. Тепловое движение молекул многоатомного газа пред­ставляет собой поступательное и вращательное движение. Внутри молекулы атомы могут совершать еще и колебательное движение, однако при низких и средних температурах его роль незначительна, и только при очень высоких температурах колебательное движение атомов в молекулах газа вносит заметный вклад в тепловое движе­ние.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии ис­пользуется модель идеального газа.

Основными параметрами состояния газа служат давление, тем­пература и удельный объем. Эти параметры связаны между собой определенной зависимостью, которая называется уравнением состоя­ния газа: давление газа прямо пропорционально средней кинетиче­ской энергии поступательного движения молекул газа и их числу в единице объема.

Различают атмосферное, избыточное и абсолютное давления газа.

Атмосферное давление, т. е. давление слоя воздуха, измеряется барометром и поэтому часто называется барометрическим.

Избыточное давление — давление сверх атмосферного — опреде­ляется с помощью манометра, отсюда его другое название — мано­метрическое.

Абсолютным называется действительное давление газа. Оно представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.

Для того чтобы определить абсолютное давление газа, надо сло­жить показания двух приборов: барометра и манометра (в одина­ковых единицах).