Методи розрахунку:

- метод обчислення повної втрати тиску (розрахунок за формулою Дарсі- Вейсбаха);

використовується у галузі вентиляції

- метод еквівалентних довжин, застосовується для розрахунку магістральних трубопроводів, де невелика кількість місцевих опорів і вони замінюються еквівалентною довжиною

- метод еквівалентних місцевих опорів, в якому втрата на тертя замінюється втратою у місцевих опорах

- метод характеристик, застосовується для розрахунку складних трубопроводів

за цим методом розраховують системи опалення

- метод еквівалентних отворів застосовується для оцінки ефективності провітрювання копалень шахт.

Безнапірний режим руху

Безнапірний режим руху рідини існує у річках, штучних каналах, відкритих жолобах, каналізацій різного призначення.

Безнапірним рухом називають рух рідини, при якому вона має вільну поерхню у трубопроводі і протягом всього руху контактує з атмосферним повітрям.

У звۥязку з тим, що на вільній поверхні неможливо стиснути рідину, тому у потоці P_п=0, а рух рідини забезпечується похилом каналів, який дорівнює гідравлічному похилу (i=∆h/l).

Середня швидкість потоків у відкритих руслах обчислюється за формулою Шезі:

С – коефіцієнт Шезі, для обчислення якого існує безліч формул

і – гідравлічний похил;

R – гідравлічний радіус

N – гідравлічна шорсткість поверхонь стінок каналів, значення задаються у довідниках n є (0,001-0,030);

Якщо n невідомо, то коефіцієнт Шезі с можна розрахувати за формулою:

λ – гідравлічний коефіцієнт тертя

При турбулентному режимі руху у відкритих руслах для широких русел швидкість розподіляється за законом Базеля

У звۥязку з тим, що V_д ≠ V , відкриті русла мають кращу транспортуємість твердих порід (до 250 мм у поперек), ніж напірні (80 мм у поперечнику).

Лекція №9. Гідравлічний удар у трубах. Закони Жуковського

При раптовому відкритті засувки або зупинці насоса у водяних системах виникє гідравлячний удар. При гальмування рідини від швидкості V до 0 виникає ударна хвиля, і гальмування поширюється зі швидкістю удару від засувки до резервуару. Гідравлічний удар має 4 фази і 2 напівперіода. Період прямого удару буде складати:

L – довжина трубопроводу від засувки до резервуару

4 фази: перша фаза – рідина зупиниться і ударна хвиля

М.Є. Жуковський дослідив явище гідравлічного удару на московському трубопроводі у 1890 р.

I закон Жуковського дозволяє обчислити підвищення тиску при прямому ударі:

У II законі Жуковський визначив швидкість розповсюдження ударної хвилі у трубопроводах

Е, Е_т – модуль пружності Юнга для рідини та матеріалу труб відповідно,

D – діаметр труби,

δ_т – товщина стінок труби

Ударна хвиля поширюється зі швидкістю більше ніж швидкість звуку у воді

Особливості:

1.Швидкість ударної хвилі буде зростати і наближатись до С_Н2О у випадку, коли Е_т зростає (труби дуже пружні) і δ_т зростає.

2. Швидкість розповсюдження удару зменшується якщо Е_т↓ , D↑ , δ_т↓.

Гідравлічний удар має велику інтенсивність у сталевих трубах малого діаметра. Зі збільшенням діаметра труби і зменшенням товщини стінки інтенсивність гідравлічного удару зменшується. Суттєво зменшується сила удару у трубах зі зменшенням пружності (металопластикові, свинцеві, гумові).

Для сталевих труб формула II закону має вигляд:

Обчислення проектної максимально-допустимої швидкості руху рідини у трубах

Водяні трубопроводи експлуатуються при робочому тиску Р_р

Р_max= Р_р+ ΔР_у=1,8*10⁶ Па

На основі I закону Жуковського можна визначити допустимий тиск гідравлічного удару

ΔР_у=Р_max -Р_р

Із I закона Жуковського отримуємо:

ρVС_у = Р_max - Р_р

Допустима швидкість транспортуємої рідини:

Для водопровідної мережі у більшості випадків Р_р складає 6*10⁵ Па, Р_max=18*10⁵ Па.

Швидкість розповсюдження удару:

С_у (Fe)≈1200 м/с

У такому випадку V_проек (6*10⁵)= (18-6)*10⁵/(10³*12*10²)= 1 м/с

Отже, водопровідні мережі проектуються на швидкість руху води у інтервалі 1,0-1,3 м/с.

III закон Жуковського дозволяє знизити інтенсивність гідравлічного удару. Цей закон має наступний аналітичний вигляд:

Т – період гідравлічного удару,

t_3.3. - час закриття засувки, при умові, що t_3.3. >Т

Згідно III закону Жуковського для зменшення інтенсивності гідравлічного удару необхідно замість засувки з миттєвим закриттям використовувати засувки з уповільненим перекриттям живого перерізу трубопроводу.

Основні засоби боротьби з гідравлічним ударом

Приймаємо наступні засоби для боротьби з гідравлічним ударом:

У проектах передбачити, щоб V руху рідини при заданій витраті не перевищувала 1 м/с;

Використовувати вентилі та засувки шпиндельного приводу замість пробкових та кулькових кранів;

На трубопроводах у місцях ймовірного виникнення удару облаштовувати зворотні клапани;

По шляху трубопроводу встановлювати повітряні ковпаки, які виконують роль амортизатора гідравлічного удару.

Учбова література

1.Брюханов О.Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики- М. : Высш.школа, 2007.- 427 с.

2.Колчунов В.І. Теоретична та прикладна гідромеханіка. Навчальний посібник.

- К. : НАУ, 2004.-336с.

3.Завойко Б.М., Лещій Н.П. Технічна механіка рідин і газів: основні теоретичні положення та задачі. Навчальний посібник для студентів інженерно-технічних спеціальностей.-Львів: «Новий світ-2000».2004.-160 іл.-119с.

4.Константінов Ю.М., Гіжа О.О. Технічна механіка рідини і газу: Підручник.-К. : Вища школа, 2002.- 277 с. іл.

5.Науменко І.І. Технічна механіка рідина і газу – Рівне: Вид-во Рівнен.держ. ун-ту, 2000.

6.Антоненко Є.І. Гідравліка та гідравлічні машини. Навч. посібник.- К. : Вища школа, 1982.- 142 с.

7.Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Іванов Л.И. Гидравлика и аэродинамика. Учебник.-М. : Стройиздат,1987.-410с.

8.Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М., Сазонов П.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебник.-М. : Стройиздат, 1989.-359 с.

9.Сборник задач по гидравлике /Под ред. В.А.Большакова.- К. Вища школа,1979.

10.Повх И.Л. Техническая гидромеханика. М. : «Машиностроение.» , 1976.

11.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. : «Машиностроение» , 1972.

31