Что такое напорное течение жидкости

НАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ

Смотреть что такое «НАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ» в других словарях:

напорное движение жидкости — напорный поток Движение, при котором поток жидкости со всех сторон окружен твердыми поверхностями (не имеет свободной поверхности). [СО 34.21.308 2005] Тематики гидротехника Синонимы напорный поток … Справочник технического переводчика

напорное движение жидкости — 3.11 напорное движение жидкости : Движение, при котором поток жидкости в туннели не имеет свободной поверхности. Источник: СП 102.13330.2012: Туннели гидротехнические … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

напорное движение жидкости. — 3.13.3 напорное движение жидкости. Напорный поток: Движение, при котором поток жидкости со всех сторон окружен твердыми поверхностями (не имеет свободной поверхности). Источник: СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ НАПОРНОЕ — в среде, ограниченной непроницаемыми поверхностями, на которые во всех точках соприкосновения жидкость оказывает давление больше атмосферного. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

НАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ — жидкости движение, при к ром жидкость заполняет всё сечение закрытого русла (свободная поверхность отсутствует), а давление во всех точках потока выше атмосферного. Н. д. создаётся разностью давлений в разл. поперечных сечениях потока … Большой энциклопедический политехнический словарь

ГОСТ 15528-86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15528 86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения оригинал документа: 26. Акустический преобразователь расхода D. Akustischer Durch flußgeber E. Acoustic flow transducer F … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СО 34.21.308-2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения — Терминология СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения: 3.10.28 аванпорт: Ограниченная волнозащитными дамбами акватория в верхнем бьефе гидроузла, снабженная причальными устройствами и предназначенная для размещения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

СП 102.13330.2012: Туннели гидротехнические — Терминология СП 102.13330.2012: Туннели гидротехнические: 3.1 безнапорное движение жидкости : Движение жидкости по туннелю со свободной поверхностью потока по всей его длине. Определения термина из разных документов: безнапорное движение жидкости … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Напорный трубопровод — 2. Напорный трубопровод Трубопровод, в котором осуществляется напорное движение жидкости, при котором жидкость заполняет все сечение трубопровода и свободная поверхность отсутствует Источник: ГОСТ 15528 86: Средства измерений расхода, объема или… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

напорный трубопровод — Трубопровод, в котором осуществляется напорное движение жидкости, при котором жидкость заполняет все сечение трубопровода и свободная поверхность отсутствует. [ГОСТ 15528 86] Тематики измерение расхода жидкости и газа Обобщающие термины… … Справочник технического переводчика

Источник

Понятие о движении жидкости

В предыдущей статье было подробно рассмотрено ключевое понятие для гидравлики – давление. Теперь, во второй части этой статьи, я постараюсь максимально просто рассказать про движение жидкости.

Для начала рассмотрим, какое бывает движение жидкости. Существует большое количество различных классификаций и подходов к математическому описанию движения, но мы практически все это опустим, упомянем лишь, что в инженерной практике преимущественно рассматривается так называемое установившееся равномерное движение.

Это означает, что мы рассматриваем поток жидкости как замороженную картинку. Обычно системы водоснабжения и канализации рассчитывают именно так, принимая при этом пиковую нагрузку (расходы). Кроме того отметим, что рассматриваем далее движение реальной жидкости (т.е. в ней действуют силы внутреннего трения).

Это означает, что жидкость испытывает сопротивление своему движению, и тратит на движение свою энергию, которую называют напором жидкости.

Для нас также важно то, что движение жидкости может быть безнапорным и напорным.

Виды движения жидкости

Движение жидкости подчиняется двум основным уравнениям.

Уравнение неразрывности потока жидкости

Q – расход жидкости; объем жидкости, проходящий через живое сечение потока ω за единицу времени. В системе СИ измеряется в м 3 /с. Поскольку 1 кубометр – это очень много, то обычно эту единицу измерения используют для рек. В инженерной практике оперируют [л/с], величиной, в 1000 раз меньшей. Так, обычно, умываясь, из смесителя к нам в руки направляется 0,1 – 0,2 л/с воды.

v – средняя скорость потока жидкости в живом сечении. Дело в том, что если посмотреть на распределение скоростей частиц жидкости по сечению, например в напорном трубопроводе, то получится, что по центру скорость движения максимальна, а у стенок трубы равна 0. Т.е. скорости не одинаковы, поэтому используют понятие средней скорости. Измеряется в метрах в секунду (м/c). Скорость движения воды в системах водоснабжения и водоотведения примерно 0,7 — 1,5 м/с

Пример. Какой расход движется по трубе внутренним диаметром 40 мм в напорном режиме, если средняя скорость потока составляет 1,2 м/c?

Решение: площадь живого сечения трубы = площадь круга диаметром 40 мм. Площадь круга: ω = 3,14*d²/4 = 3,14*0,04²/4 = 0,00126 м². Тогда расход: Q = ω·v = 0,00126 · 1,2 = 0,00151 м³/с = 1,51 л/с.

Здесь представим сразу упрощенный вид уравнения Бернулли для напорного движения жидкости, который используют для расчета трубопроводных систем. В нем пренебрегают скоростными напорами (кинетической энергией жидкости в сечениях потока) ввиду малости этих скоростей для систем водоснабжения и водоотведения.

Уравнение Бернулли составляют для любых двух сечений одного потока жидкости. Оно связывает между собой скорости движения жидкости и давления в этих сечениях.

Уравнение Бернулли

Здесь: Z₁ – положение (отметка) сечения 1-1, выражается в метрах.

H₁ – напор в сечении 1-1 (избыточное давление в сечении 1-1, выраженное в метрах столба жидкости H₁ = p₁/ρg)

Z₂ – положение (отметка) сечения 2-2, выражается в метрах.

H₂ – напор в сечении 2-2 (избыточное давление в сечении 2-2), выражается также в метрах

h_f – общая потеря напора при движении жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2. Происходит за счет работы сил трения в жидкости. При определенных условиях зависит от шероховатости

Пример. Какой напор будет в точке установки смесителя (точка 2) при величине напора воды в точке подключения в квартиру (точка 1) равном 5 м? Потерю напора при движении расчетного расхода по указанному пути принять 2 м. Точка 1 расположена на высоте 1 м от пола, точка 2 расположена на высоте 0,5 м от пола.

Решение: Отметки записываются относительно плоскости сравнения. Это может быть абсолютно любая горизонтальная плоскость. В данном случае удобно принять за плоскость сравнения поверхность пола.

1 + 5 = 0,5 + H₂ + 2, H₂ = 3,5м.

Отметим, что этот напор 3,5 м будет полностью потрачен в самом смесителе. В месте выхода воды из смесителя – атмосферное давление. Избыточное давление в этом месте равно 0 м.вод.ст.

Это выглядит довольно просто, однако сложность заключается в том, что в реальной жизни величину потери напора h_f необходимо определять. Какие бывают потери напора, и как их определять – читайте третью статью в данном цикле

Источник

Что такое напорное течение жидкости

Если отдельные частицы абсолютно твердого тела жестко связаны между собой, то в движущейся жидкой среде такие связи отсутствуют. Движение жидкости состоит из чрезвычайно сложного перемещения отдельных молекул.

если угол в радианах, или

Поскольку скорость движения различных частиц жидкости отличается друг от друга, поэтому скорость движения и усредняется. В круглой трубе, например, скорость на оси трубы максимальна, тогда как у стенок трубы она равна нулю.

Течение жидкости может быть установившимся и неустановившимся. Установившимся движением называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени

Движение, при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени, называется неустановившимся или нестационарным

Линия тока (применяется при неустановившемся движении) это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлены по касательной.

Из закона сохранения вещества и постоянства расхода вытекает уравнение неразрывности течений. Представим трубу с переменным живым сечением (рис.3.4). Расход жидкости через трубу в любом ее сечении постоянен, т.е. Q₁=Q₂= const, откуда

Таким образом, если течение в трубе является сплошным и неразрывным, то уравнение неразрывности примет вид:

Уравнение Даниила Бернулли, полученное в 1738 г., является фундаментальным уравнением гидродинамики. Оно дает связь между давлением P, средней скоростью υ и пьезометрической высотой z в различных сечениях потока и выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. С помощью этого уравнения решается большой круг задач.

Рассмотрим трубопровод переменного диаметра, расположенный в пространстве под углом β (рис.3.5).

Выберем произвольно на рассматриваемом участке трубопровода два сечения: сечение 1-1 и сечение 2-2. Вверх по трубопроводу от первого сечения ко второму движется жидкость, расход которой равен Q.

Кроме пьезометров в каждом сечении 1-1 и 2-2 установлена трубка, загнутый конец которой направлен навстречу потоку жидкости, которая называется трубка Пито. Жидкость в трубках Пито также поднимается на разные уровни, если отсчитывать их от пьезометрической линии.

Пьезометрическую линию можно построить следующим образом. Если между сечением 1-1 и 2-2 поставить несколько таких же пьезометров и через показания уровней жидкости в них провести кривую, то мы получим ломаную линию (рис.3.5).

Однако высота уровней в трубках Пито относительно произвольной горизонтальной прямой 0-0, называемой плоскостью сравнения, будет одинакова.

Если через показания уровней жидкости в трубках Пито провести линию, то она будет горизонтальна, и будет отражать уровень полной энергии трубопровода.

Для двух произвольных сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Бернулли имеет следующий вид:

Так как сечения 1-1 и 2-2 взяты произвольно, то полученное уравнение можно переписать иначе:

и прочитать так: сумма трех членов уравнения Бернулли для любого сечения потока идеальной жидкости есть величина постоянная.

С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии:

Следовательно, согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия идеальной жидкости в любом сечении постоянна.

В этом случае уравнение Бернулли можно прочитать так: сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высоты для идеальной жидкости есть величина постоянная.

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения

Дело в том, что при движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии (рис.3.6).

Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют также линейную размерность.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид:

Из рис.3.6 видно, что по мере движения жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (потерянный напор выделен вертикальной штриховкой). Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2.

Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α₁ и α₂, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима ).

Потерянная высота складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)

Для измерения скорости в точках потока широко используется работающая на принципе уравнения Бернулли трубка Пито (рис.3.7), загнутый конец которой направлен навстречу потоку. Пусть требуется измерить скорость жидкости в какой-то точке потока. Поместив конец трубки в указанную точку и составив уравнение Бернулли для сечения 1-1 и сечения, проходящего на уровне жидкости в трубке Пито получим

Для измерения расхода жидкости в трубопроводах часто используют расходомер Вентури, действие которого основано так же на принципе уравнения Бернулли. Расходомер Вентури состоит из двух конических насадков с цилиндрической вставкой между ними (рис.3.7). Если в сечениях I-I и II-II поставить пьезометры, то разность уровней в них будет зависеть от расхода жидкости, протекающей по трубе.

Выражение, стоящее перед , является постоянной величиной, носящей название постоянной водомера Вентури.

Из полученного уравнения видно, что h зависит от расхода Q. Часто эту зависимость строят в виде тарировочной кривой h от Q, которая имеет параболический характер.

Источник

Основные параметры и режимы течения жидкости

Основными параметрами, характеризующими движение жидкости являются: площадь живого сечения S, расход жидкости Q и средняя скорость движенияv.

Площадь живого сечения.Живым сечением потока жидкости (рис. 8.1) называется сечение, которое в каждой своей точке нормально к векторам скоростей частиц жидкости.

Рис. 8.1. Живые сечения потока жидкости:

а– теоретическое сечение; б – практическое сечение;

в–эпюра скоростей в живом сечении по глубине потока

В практике чаще всего встречаются потоки жидкостей, живое сечение которых представляет собой поверхность, мало отличающуюся от плоскости.

Расход жидкости.Расходом жидкостиназывается количество жидкости, проходящее через данное живое сечениев единицу времени. Расход может измеряться в объемных или массовых единицах:

Средняя скорость движения жидкости. В общем случае скорости частиц в разных точках живого сечения будут различны. Если площадь эпюры частных скоростей F_э разделить на ширину потока жидкости H, то в соответствующем масштабе получим значение средней скорости движения жидкости, т.е.,

Это соотношение часто используется в практике для определения третьей неизвестной величины при двух известных, в частности, для определения средней скорости движения жидкости по расходу и площади живого сечения.

Основные режимы движения жидкости.В зависимости от того, остаются постоянными или изменяются те или иные параметры во времени и пространстве, режимы движения жидкости могут быть различными. Основными режимами движения жидкости являются:

– установившееся и неустановившееся;

– равномерное и неравномерное;

– напорное и безнапорное движение;

– неразрывное и кавитационное;

– ламинарное и турбулентное.

Установившееся и неустановившееся движение. Установившимся движениемназывается такой вид движения, при котором параметры, характеризующие движение, не изменяются во времени. Примером такого движения является истечение жидкости из емкости, в которой поддерживается постоянный уровень. При этом жидкость вытекает с постоянной скоростью, струя в пространстве занимает вполне определенное положение, давление в какой-либо точке А (рис. 8.2) остается неизменным. Если уровень в резервуаре не поддерживается постоянным, то перечисленные параметры будут переменными, Такое движение жидкости и называется неустановившимся.

Равномерное и неравномерное движение.Равномерным движением называется такой вид движения, при котором параметры, характеризующие это движение, не меняются по длине потока. Неравномерное движение, наоборот, характеризуется тем, что параметры движения потока будут переменными. Примером равномерного движения может служить движение жидкости в трубе постоянного диаметра при постоянном напоре. Неравномерное движение при тех же условиях будет, например, в конической трубе.

Рис. 8.2. Основные режимы движения жидкости:

а– установившееся; б – неустановившееся; в – равномерное; г – неравномерное;

д – напорное; е – безнапорное; ж – неразрывное; з – кавитационное;

и– ламинарное; к – турбулентное

Напорное и безнапорное движение.Напорным движением называется движение, при котором поток жидкости со всех сторон ограничен твердыми стенками. Примером такого движения является движение жидкости в трубопроводе за счет напора, создаваемого насосом. Напорное движение осуществляется за счет наличия разности давлений по длине трубопровода.

Безнапорное движение-это такое движение жидкости, при котором имеется свободная поверхность жидкости. Примером подобного движения является течение воды в реках, открытых каналах и др. Безнапорное движение происходит за счет разности уровней жидкости.

Неразрывное и кавитационное движение.Неразрывным движением называется такой вид движения, при котором жидкость движется сплошным потоком, образуя сплошную среду, заполняющую пространство. При движении газов неразрывность потока будет во всех случаях.

При движении капельных жидкостей неразрывность потока нарушается. Причиной этого может быть повышение температуры жидкости или понижение давления. В обоих случаях возможно выделение паров жидкости и растворенных вней газов. Когда давление парообразования становится равным внешнему давлению, в жидкости образуются пузыри и даже целые полости, заполненные парами или газами, которые расчленяют поток.

Давление парообразования, как уже отмечалось, зависит от температуры жидкости и характеризуется для воды следующими данными:

при t = 100 o C p_п = 760 мм рт. ст.;

Пузыри или полости с парами и газами, перемещаясь в жидкости или вместе с ней, попадают в узлы гидравлической системы с более низкой температурой или более высоким давлением. При этом пары жидкости мгновенно конденсируются, а газы снова растворяются в жидкости, в образовавшиеся пустоты с большой скоростью устремляются частицы жидкости. Это приводит к резкому повышению давления в этих местах (от 0,1 до 1 кПа), а также к местному повышению температуры (от 100 до 1500 o С). Рассмотренное явление носит названиекавитации. Кавитация вредна для гидравлических систем.

Ламинарное и турбулентное движение жидкости. Ламинарнымназывается струйчатое (или слоистое) течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При таком течении все линии тока жидкости вполне определяются формой русла. При ламинарном течении в трубе все линии тока направлены параллельно оси трубы. Ламинарное течение является упорядоченным, строго установившимся течением. Ламинарный режимнаблюдается преиму-щественно при движении вязких жидкостей (нефти, смазочных масел и т.п.), а также менее вязких жидкостей при их течении с небольшими скоростями.

Турбулентнымназывается течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости и пульсацией скоростей и давления. Движение отдельных частиц оказывается хаотичным, беспорядочным. Наряду с осевым перемещением наблюдается вращательное и поперечное перемещение отдельных объемов жидкости. Этим и объясняются пульсации скоростей и давления.

Источник