Hidraulikas pamati

Uzņēmumi un mājas patērē lielu daudzumu ūdens. Šie ciparu indikatori ne tikai liecina par konkrētu vērtību, kas norāda plūsmas ātrumu.

Turklāt tie palīdz noteikt cauruļvadu maisījuma diametru. Daudzi uzskata, ka ūdens patēriņa aprēķināšana caur caurules diametru un spiedienu nav iespējama, jo šie jēdzieni ir pilnībā nesaistīti.

Bet prakse ir parādījusi, ka tā nav. Ūdensapgādes tīkla jauda ir atkarīga no daudziem rādītājiem, un pirmais šajā sarakstā būs caurules maisījuma diametrs un spiediens cauruļvadā.

Visus aprēķinus ieteicams veikt cauruļvada būvniecības projekta posmā, jo iegūtie dati nosaka galvenos parametrus ne tikai vietējam, bet arī rūpnieciskajam cauruļvadam. Tas viss tiks apspriests tālāk.

Tiešsaistes ūdens kalkulators

Kādi faktori ietekmē šķidruma plūsmu caur cauruļvadu

Kritēriji, kas ietekmē aprakstīto indikatoru, veido garu sarakstu. Šeit ir daži no tiem.

  1. Cauruļvada iekšējais diametrs.
  2. Straumes kustības ātrums, kas ir atkarīgs no spiediena līnijā.
  3. Materiāls, kas ņemts cauruļu sortimenta ražošanai.

Ūdens plūsmas noteikšana pie līnijas izejas tiek veikta caurules diametrā, jo šī īpašība kopā ar citām ietekmē sistēmas caurlaidspēju. Arī aprēķinot patērētās šķidruma daudzumu, jūs nevarat atlaide sienas biezumu, kas tiek noteikts, pamatojoties uz paredzēto iekšējo spiedienu.

Var pat teikt, ka "caurules ģeometrijas" definīciju neietekmē tikai tīkla garums. Un šķērsgriezumam, spiedienam un citiem faktoriem ir ļoti svarīga loma.

Turklāt daži sistēmas parametri tieši ietekmē patēriņu, nevis tieši, bet netieši. Tas ietver sūknētā materiāla viskozitāti un temperatūru.

Apkopojot nelielu rezultātu, varam teikt, ka caurlaidspējas definīcija ļauj precīzi noteikt optimālo materiāla veidu sistēmas būvei un izvēlēties montāžas tehnoloģiju. Pretējā gadījumā tīkls nedarbosies efektīvi, un tas prasīs biežu ārkārtas remontu.

Ūdens patēriņa aprēķins apaļās caurules diametram ir atkarīgs no tā izmēra. Līdz ar to lielāka šķērsgriezuma daļa uz noteiktu laiku pāriet lielākam šķidruma daudzumam. Bet, veicot aprēķinu un ņemot vērā diametru, spiedienu nevar atlaist.

Ja mēs uzskatām šo aprēķinu par konkrētu piemēru, izrādās, ka mazāk šķidrums caur kādu metru garu cauruļu produktu caur kādu 1 cm caurumu noteiktā laika periodā iet caur garu līniju, kas sasniedz desmitus metrus augstumā. Tas ir dabiski, jo augstākais ūdens patēriņš vietnē dos maksimālu veiktspēju tīkla visaugstākajā spiedienā un visaugstākajā apjomā.

SNIP 2.04.01-85 sadaļas aprēķins

Pirmkārt, ir jāsaprot, ka caurteces diametra aprēķins ir sarežģīts inženierijas process. Tam būs nepieciešamas īpašas zināšanas. Bet, veicot mājsaimniecības būvniecību ar ūdens caurlaides līniju, bieži hidraulisko aprēķinu šķērsgriezums tiek veikts neatkarīgi.

Šis šķidruma plūsmas ātruma aprēķina veids var tikt veikts divējādi. Pirmais ir tabulas dati. Bet, atsaucoties uz tabulām, ir jāzina ne tikai precīzs krānu skaits, bet arī ūdens (vannas, izlietnes) konteineri un citas lietas.

Tikai tad, ja jums ir šī informācija par vārsta sistēmu, varat izmantot tabulas, kuras sniedz SNIP 2.04.01-85. Pēc viņu domām un nosaka ūdens daudzumu caurules apvalkā. Šeit ir viena no šīm tabulām:

DRAIN / BOTTOM EĻĻAS / NAFTAS PRODUKTI

TEHNISKAIS EĻĻAS IZSTRĀDĀJUMA VEIDS

Šķidrums izplūst caur caurumu

Naftas produktu iztukšošanas (uzpildīšanas) procesā nosaka plūsmas ātrumu, izplūstošā šķidruma plūsmas ātrumu un plūsmas laiku. Sprausla ir īsa sprausla (sprausla), kas piestiprināta pie cauruma plānā sienā ar garumu (3 ÷ 4) d0 un palielinot caurlaides caurumus. Sienu uzskata par plānu, ja tā biezums δ < 0,2d0, kur d0 - urbuma diametrs.

Pētot šķidruma plūsmu caur caurumiem un sprauslām, kustība tiek aplūkota īsā segmentā, tādēļ pretestība gar plūsmas garumu ir ļoti maza, un tos ignorē. Šajā gadījumā spiediena zudumu var attiecināt tikai uz vietējo pretestību.

Apsveriet šķidruma aizplūdi no atvērtā trauka atmosfērā caur F atveri. Ar šķidruma aizplūdi no sprauslas, kas atrodas kādā attālumā no tās, strūkla tiek saspiesta. Saspiešanas koeficients tiek aprēķināts pēc sprauslas ε kompresijas pakāpes, kas ir sprauslas Fszh caurumu zonai F:

Ε lielums šķidruma aizplūstē no lielām tvertnēm caur mazām caurumiem ir 0,61-0,63.

Apzīmē konstanta šķidruma līmeņa augstumu caur urbuma centru ar H. Šķidruma spiediens un ātrums no 1-1 līdz P1; υ1, sadaļā 2-2 līdz P2; υ2.

Mēs rakstām Bernulli vienādojumu sekcijām 1-1, 2-2, ņemot ātruma koeficientu α1 = α2 = 1

Novērš šķidruma ātrumu tvertnē (υ1 ņemot vērā tās mazumu) un ņemot vērā spiediena zudumu tikai vietējā pretestībā, Bernulli vienādojumu var uzrakstīt šādi:

Teorētiskais caurplūdums no cauruma ir:

Šķidruma faktiskā ātruma attiecība pret teorētisko vērtību sauc par ātruma koeficientu:

Vērtība parāda, cik daudz enerģijas, ko šķidrums satur, tiek tērēts, lai izveidotu ātrumu un pārvarētu pretestību (piemēram, φ = 0,97%, 97% tiek tērēti ātruma radīšanai, 3% zaudējumiem vietējā pretestībā). Faktiskais plūsmas ātrums būs υd= φ · υt.

Tilpuma plūsmas ātrumu nosaka pēc izteicieniem:

Apzīmē produktu ε · φ ar burtu μ = ε · φ.

Vērtību μ sauc par izplūdes koeficientu.

Parasti μ un ε tiek noteiktas eksperimentāli, un koeficients φ tiek aprēķināts. Piemēram, ar ε = 0,64 un φ = 0,97; μ = 0,62.

Plūsmas koeficients ir faktiskās plūsmas attiecība pret teorētisko plūsmu.

Tilpuma plūsmas ātrums:

Tilpuma plūsmas ātrumu var noteikt arī pēc formulas:

kur nepieciešamības gadījumā nosaka d0, φd vai Q.

Lai atrastu masas plūsmas ātrumu, ir jāreizina tilpuma plūsmas ātrums pēc šķidruma blīvuma (M = Q · ρ).

Šķidrums plūst caur caurumu

Atrodiet atkarības, lai noteiktu otrā tilpuma un svara plūsmu šķidruma caur caurumu.

Secinājumu atkarības rodas šķidrumiem, kas plūst caur caurumu plānā sienā.

Kā parādīsies zemāk, šajā gadījumā iegūtās atkarības būs spēkā arī attiecībā uz šķidruma plūsmu caur caurumu biezā sienā.

Pieņemt dizaina shēmu (3.9. Attēls):

1) potenciālā pozīcijas enerģija;

2) berzes zudumi nav.

Atvasināšanā mēs izmantojam Bernoulli vienādojumu. Mēs veicam divas sekcijas 1-1 (pie ieejas caurumā) un 2-2 (caur vislabāko strāvas sašaurināšanās vietu).

Šīm sekcijām ir vienādojums Bernoulli formā

kur - spiediena zudumi caurumā.

Enerģijas zudumi caurumā

kur - vietējās pretestības koeficients (caurumā);

-vidējais šķidruma ātrums šaurā strūklas daļā.

Tā kā šķidruma ātrums iedaļā 1-1 ir ļoti mazs, mēs varam pieņemt, ka = 0.

Sprausla darbojas tāpat kā caurums biezā sienā. Pateicoties vakuumam, kas izveidojies strūklas sašaurināšanās zonā, ievērojami palielinās strūklas koeficients. Tas savukārt noved pie ievērojama koeficienta palielināšanās.

Plūsma sprauslā sastāv no divām neatkarīgām daļām: centrālā, kur šķidruma daļiņas virzās tikai pakāpeniski, un virpuļošā daļa ap to noapaļo, kur šķidruma daļiņas veic rotācijas kustību, un visa zona ir virpuļsvars. Whirlpool zonā ir šķidrums un no tā izdalīti tvaiki un izšķīdušās gāzes. Pagrieziena zona veidojas no pašreizējo līniju locīšanas, ko izraisa šķidruma ieplūšanas caurums apstākļi.

Spriegums piepilda visu sprauslu sekciju ne uzreiz pie ieejas, bet tikai dažos attālumos no ieplūdes.

Gaiss, kas noķerts pagrieziena zonā, ir diezgan ātri iekļauts plūsmā, un sprauslas ieplūdei veidojas vakuums, kura lielums ir atkarīgs no šķidruma ātruma vai būtībā no spiediena.

Pateicoties vakuumam (vakuumam) šķidrums tiek izsūkts no rezervuāra: šķidruma caurums caurumā palielinās, palielinot kopējo spiedienu, ko veido spiediens zem ieplūdes gravitācijas centra un vakuuma lielums saspiestajā sekcijā.

Savukārt putekļsūcējs daļēji izplešas saspiestu sadaļu. Šķidruma plūsmas ātruma palielināšanās caur ieplūdes vietu un saspiestās daļas platības palielināšanās palielina šķidruma plūsmas ātrumu caur sprauslu, salīdzinot ar plūsmu caur caurumu plānā sienā.

Tomēr sprauslas klātbūtne izraisa dažus papildu galviņas zudumus, kas nedaudz samazina ātrumu ieplūdes sadaļā. Ar relatīvi īsu sprauslu šķidruma sūkšana, ko rada vakuuma veidošanās, lielākā mērā ietekmē šķidruma plūsmu, nekā zināmā mērā palielina hidraulisko pretestību sprauslā; kā rezultātā palielinās plūsmas ātrums caur sprauslu.

Ar sprauslām, kas garākas par (40.50), sūkšanas ietekme nekompensē hidraulisko zudumu palielināšanos pa sprauslas garumu, un šķidruma plūsmas ātrums caur šo sprauslu ir vienāds vai mazāks nekā plūsmas ātrums caur caurumu plānajā sieniņā.

Jānorāda, ka sprausla var strādāt ar pilnu šķērsgriezumu (aiz ieplūdes sekcijas) tikai pēc iepriekšējas pildīšanas ar šķidrumu; tas ir nepieciešams, lai apturētu gaisa plūsmu saspiestā sadaļā.

3.4.5. Hidrauliskās ietekmes jēdziens

Ar krasi samazinot šķidruma ātrumu cauruļvadā, strauji palielinās spiediens ierīces priekšā, bloķējot šķidruma plūsmas ceļu. Šo spiedienu sauc par hidraulisko triecienu.

Ļaujiet šķidrumu no rezervuāra pāri cauruļvadam (3.13. Attēls). Ja vārsts, kas atdalīts no rezervuāra attālumā l, ir pēkšņi noslēgts, šķidruma kustību var apturēt, tas izraisīs spiediena palielināšanos cauruļvadā, jo šķidruma plūsmas kinētiskā enerģija nonāk potenciālā stāvoklī.

Pirmkārt, šķidruma slāņi nekavējoties vārsta priekšā pieturas, un pēc tam pieturas stāvoklis sāks izplatīties pa cauruļvadu uz rezervuāru. Tajā brīdī, kad saspiešanas vilnis nonāk rezervuārā, visi šķidrumi cauruļvadā tiks saspiesti, un spiediens rezervuārā būs mazāks nekā spiediens caurulē. Spiediena starpība radīs pretēju strāvas vilni, kas izplatās vārsta virzienā. Cauruļvada laikā parādīsies savdabīgs svārstību process, ko papildinās periodisks spiediena pieaugums (3.14. Attēls).

Sakarā ar enerģijas zudumu svārstības samazinās. Hidrauliskā šoka fenomenus vispirms pētīja slavenā krievu zinātnieks N. Y. Žukovskis, kurš 1898. gadā izveidoja savu teoriju. Ņemot vērā, ka cauruļvada laikā trieciena vilnis izplatās, viņš ieguvis atkarību:

kur ir šķidruma lielākais modulis, Pa;

- trieciena viļņa ātrums, m / s;

- sienas materiāla elastības modulis, Pa;

- cauruļvada diametrs, m;

- sienas biezums, m;

- šķidruma blīvums, kg / m 3;

- koeficients Plānveida sienu cauruļvadiem (tērauds, čuguns, azbests cements, polietilēns) tiek pieņemts, ka tas ir vienāds ar vienu.

Dzelzsbetona cauruļvadiem

kur ir gredzenu pastiprinājuma stiegrojuma attiecība. Parasti.

Izteiksme atspoguļo skaņas elastīgās deformācijas izplatīšanās ātrumu šķidrumā.

Projektēšanas shēma ir parādīta 3.15. Attēlā.

Lai vilnis ceļos laikā. Tad =. Apzīmējot spiediena paaugstināšanos dp, kā arī šķidruma ātruma samazināšanos, cauruļvada šķērsgriezuma palielināšanos elastīgās deformācijas dēļ dF, mēs pielietojam cauruļvada iedzimtajā daļā teorēmu par kustības apjoma izmaiņām.

Kustības apjoma pieaugums, bet. (3.51)

Spēku impulss laikā ir vienāds ar:

Vērtību var ignorēt, jo relatīvā izmaiņa ir daudz mazāka nekā spiediena izmaiņas. Tad no izteicieniem (3.51.) Un (3.52.) Iegūstam:

Vienādojuma integrācija (3.53.) Diapazonā no un uz, mēs iegūstam:

kur ir šķidruma plūsmas parametri pirms ūdens āmura.

Gadījumā, ja plūsma ir pilnībā apturēta, t.i. tad

kur - cauruļvada šķidruma ātrums vārsta aizvēršanai.

Atkarība (3.55) ir derīga tikai noteiktiem nosacījumiem. Tiešais hidrauliskais trieciens rodas, ja vārsta slēgšanas laiks ir mazāks par trieciena fāzi, kas noteikta pēc formulas

kur ir cauruļvada garums no trieciena punkta līdz tai sekcijai, kurā tiek uzturēts pastāvīgs spiediens;

- trieciena vilnis izplatīšanās ātrums cauruļvadā, kas definēts ar formulu (3.50).

Pieņemsim, ka krāna nekavē tūlīt, bet kādu laiku. Ja šis laiks ir lielāks par ietekmes posmu (>), tad šo ietekmi sauc par netiešu. Šajā gadījumā spiediena palielināšanos var noteikt pēc formulas

Ietekmes rezultātu izsaka arī spiediena pieauguma apjoms, kas ir vienāds ar tiešu ietekmi

Šķidrums plūst caur caurumiem;

1.6.1. Eļļas patēriņš caur jebkura mazas garuma formas caurumu vai slotu aprēķina pēc formulas:

kur - izplūdes koeficients; diapazonā Re = 40-40000 = 0,6-0,65 atverēm ar asām malām un = 0,8-0,9 atverēm ar blāvām vai noapaļotām malām;

f ir caurums, mm 2; g = 9,81 m / s 2;, N / m 3;, kg / m 3;

- aprēķinātā spiediena starpība, saskaņā ar kuru notiek plūsma, MPa.

Plūsmas koeficients ir faktiskā plūsmas ātruma attiecība pret plūsmas ātrumu, kas varētu rasties, ja nav strūklas saspiešanas un pretestības. Šo divu faktoru ietekmes dēļ izplūdes koeficients vienmēr ir mazāks par vienu.

Mašīnas hidrauliskajās piedziņās izmantojamo eļļu plūsma cauri caurulei plānajā sienā (diafragmā) var būt:

, l / min (f, mm 2; p, MPa).

1.6.2 Eļļas patēriņš caur kapilāriem - garie kanāli ar mazu diametru (l / d> 20) - ar lamināro plūsmu

kur d ir kanāla diametrs, mm;

- diferenciālais spiediens, MPa;

- dinamiskās viskozitātes koeficients, Pa × s;

- kinemātiskās viskozitātes koeficients, cSt;, kg / m 3;

Šķidrums plūst caur caurumu zem spiediena

Sprausla ir īsa caurule ar 3 līdz 5 diametru garumā, kas piestiprināts pie cauruma. Aprēķinot sprauslas, parasti netiek ņemti vērā galvas spiediena zudumi.

Plūsmas ātrumu un iegūto plūsmu aprēķina, izmantojot caurumu un sprauslu vispārējās formulas, kas iegūtas no Bernoulli vienādojuma. Parasti ir hidrauliskās īpašības: plūsmas koeficienti, ātrums, kompresija, pretestība. Tomēr caurums un sprausla plūsmas ātrums ir atšķirīgs izmērs, kas ir saistīts ar citu šķidruma plūsmas modeli (28. att., 55. lpp.).

Kad šķidrums plūst caur caurumu plānā sienā kādā attālumā no sienas, sprausla tiek saspiesta. Šļakmens šķērsgriezuma laukums būs mazāks par sūkņa laukumu (27.a att., 55. lpp.).

Kad šķidrums pāri sprauslām ieplūst caur sprauslām, šķidrums tiek saspiests apmēram tāds pats kā tad, kad tas plūst caur caurumu plānā sieniņā, un pēc tam sprausla pakāpeniski izplešas līdz cauruma lielumam un iziet no sprauslas ar pilnu šķērsgriezumu (27.b att., 55. lpp.).

Spiediena kompresiju raksturo kompresijas pakāpe - šļūtenes šķērsgriezuma laukuma attiecība visbiežāk saspiešanas punktā līdz cauruma šķērsgriezuma laukumam.

Ja Sc ir strūklakas dzīvās daļas zona

Apļveida caurumu kompresijas pakāpe ir 0,64, bet cilindriskām sprauslām - 1.

Lai iegūtu plūsmas ātruma un plūsmas ātruma vienādojumus caur caurumu un sprauslām pastāvīgā līmenī, mēs rakstām Bernulli vienādojumu par ideālu šķidrumu divām dzīvojamām sekcijām 1-1 un 2-2, salīdzināšanas plaknei mēs izmantojam sadaļu 2-2 (29.attēls. 56. lpp.).

Šķērsgriezuma ātrums ir 1-1 v1 = 0, šķērsgriezuma ātrums ir 2-2 v2 = vt (vt ir teorētiska šķidruma plūsmas ātrums).

Ļaujiet spiedienam uz šķidruma virsmas rezervuārā būt vienādam ar atmosfēras spiedienu, un izplūde caur sprauslu notiek telpā ar atmosfēras spiedienu, ti, p1 = p2 = patm.

Un teorētiskais plūsmas ātrums šajā gadījumā tiek aprēķināts:

Parasta šķidruma gadījumā tiek ņemti vērā spiediena zudumi 2-2. Iedaļā. Tās ir saistītas ar spiediena zudumu hп vietējā pretestībā un to nosaka pēc formulas:

-vietējās pretestības koeficients

Tad formula faktiskā caurplūduma aprēķināšanai caur caurumu izskatīsies šādi:

Vērtību sauc par ātruma koeficientu un tiek apzīmēts.

Faktiskais koeficients ir faktiskā plūsmas ātruma attiecība pret teorētisko, kas nosaka empīriski.

Zinot šķidruma plūsmas ātrumu, caur caurumu varat noteikt plūsmas ātrumu:

Kur ir strūklas saspiešanas koeficients

Sprieguma kompresijas koeficienta produkts ar ātruma koeficientu sauc par izlādes koeficientu un tiek apzīmēts ar

Patēriņa koeficients ir faktiskās plūsmas attiecība pret teorētisko:

4 - šķidruma aizplūšana caur caurumu

4 ŠĶIDRUMA PLŪSMA UZ ATVĒRŠANU UN PADARIEM

4.1. Izplūst caur caurumu plānā sienā

Apsveriet šķidruma plūsmu caur caurumu ar diametru d0 tvertnes sienā, kas atrodas H dziļumā0, gāzveida vidē ar zināmu spiedienu p1 (4.1. Attēls, a). Tiek pieņemts, ka, ja caurums ir mazs, salīdzinot ar tvertnes izmēru un dziļumu H0, Citas tvertnes sienas un šķidruma brīvā virsma neietekmē šķidruma plūsmu caurumā.

Šajā gadījumā derīguma termiņš ir parādīts 4.1. Attēlā, b. Šķidrās daļiņas tuvojas atverei no visa tuvējā tilpuma, pārvietojoties pa dažādām trajektorijām. Daži no tiem, ja viņi ieiet caurumā, mainītu kustības virzienu par 90 °. Tā kā katrai daļai ir masa, tā nevar uzreiz mainīt kustības virzienu. Šīs sekas ir spiediena šķidruma saspiešana beigu laikā. Spiediena kompresija gandrīz tiek uzpildīta attālumā, kas ir aptuveni viens diametrs caurumā, un pēc tam strūkla iegūst cilindrisku formu ar šķērsgriezuma diametru dc. Plūsmas apstākļi būs tieši tādi paši, ja caurums ir izveidots biezā sienā ar ārēju izšūšanu.

4.1. Zīmējums - šķidruma plūsmas diagrammas caur caurumu plānā sienā gāzes plūsmā (a) un strūklas veidošanās (b)

Sprieguma kompresijas koeficientu aprēķina, izmantojot saspiešanas koeficientu ε, kas vienāds ar strāvas šķērsgriezuma laukuma un virzuļa platības attiecību

Nosakiet šķidruma plūsmas ātrumu Q caur attiecīgo caurumu. Lai to izdarītu, mēs rakstām Bernuļu vienādojumu divām sekcijām (sk. 4.1. Att. A): sadaļas 0-0 un sadaļas 1-1. 0-0 sekcija ir šķidruma atvērtā virsma tvertnē, tādēļ spiediens tajā ir p0, un šķidruma ātrumu var uzskatīt par vienādu ar nulli. Jūras 1-1. Iedaļa ir jāizvēlas tajā daļā, kurā strāva jau ir iegājusi cilindrisku formu; tad šajā sadaļā spiediens ir vienāds ar spiedienu p1 vide. Ja kā atskaites plakne izvēlēsim horizontālo plakni, kas iet caur cauruma asi, tad mēs iegūstam

kur α ir Coriolis koeficients, ņemot vērā nevienmērīgo ātruma sadalījumu pa 1-1 strūklu šķērsgriezumu;

- šķidruma vidējais ātrums šķērsgriezumā 1-1;

- cauruma pretestības koeficients, ņemot vērā šķidruma daļiņu palēnināšanos cauruma ieejas malā.

Pārnest vienādojuma labās puses pirmo terminu uz kreiso pusi un pēc tam norādīt to kā aprēķināto galvu

tādēļ vidējais plūsmas ātrums

kur - bezmērisks daudzums, ko sauc par ātruma koeficientu un nosaka pēc formulas

Ja ideāls šķidrums aizplūst (α = 1 un = 0), no formulas (4.3) izriet, ka = 1, t.i. ideāls šķidruma plūsmas ātrums

Tādējādi, pamatojoties uz formulu (4.3) un (4.4) salīdzinājumu, mēs varam formulēt ātruma koeficienta fizisko nozīmi. Šī vērtība ir vienāda ar faktiskā šķidruma plūsmas vidējā ātruma attiecību pret ideāla šķidruma plūsmas ātrumu tādos pašos apstākļos. Acīmredzot, kad faktiskais šķidrums izplūst, koeficients vienmēr ir mazāks par vienu.

Plūsmas ātrums Q pēc izbeigšanās tiek definēts kā faktiskais šķidruma beigu termiņa vidējais ātrums un strūklakas dzīvās daļas faktiskais laukums. Izmantojot formulas (4.1.) Un (4.3.), Iegūstam

Produkts, kas sastāv no diviem bezizmēra koeficientiem un ko sauc par patēriņa koeficientu un apzīmē

No (4.6.) Izriet, ka

Tādējādi izplūdes koeficienta fiziskā nozīme ir tāda, ka tas ir skaitliski vienāds ar faktiskās plūsmas ātruma Q attiecību, kad šķidrums plūst uz šo plūsmu Qtu, kas būtu noticis, ja nebūtu strūklas saspiešanas un plūsmas pretestības.

Jāatzīmē, ka Qtu Tas nav plūsma, kad izplūst ideāls šķidrums, jo ideāls šķidrums atšķiras no reālā, tikai bez viskozitātes. Jet kompresijas efekts ideālā šķidruma aizplūstē, kas saistīts ar šķidruma daļiņu inerciālajām īpašībām, bez berzes, izpaužas vēl lielākā mērā.

Praksē formula (4.6) tiek izmantota diezgan reti sakarā ar grūtībām dizaina galvas H noteikšanāp, īpaši slēgtās hidrauliskās sistēmās. Tāpēc mēs veicam šādus pārveidojumus. Apzīmē tvertnes iekšpusē atveres asī līmeni kādā attālumā no tā (ja šķidruma ātrumu var uzskatīt par nulles spiedienu) (sk. 4.1. Attēlu, a), tad spiediena kritums Δp, zem kura darbojas šķidrums, plūst caur caurumu, rakstīts kā

Izteikt no šīs formulas spiedienu Hp un to aizstājot ar formulu (4.6.), iegūstam

Ar formulu (6.7) palīdzību tiek atrisināta galvenā problēma - šķidruma plūsmas ātruma noteikšana pie izplūdes. To plaši izmanto inženiertehnisko hidraulisko sistēmu elementu aprēķinos.

Tādējādi mēs esam ņēmuši vērā trīs koeficientus - un, kas raksturo šķidruma aizplūšanas procesu. Visi no tiem ir funkcija no Reinoldsa skaitļa Re. Tomēr zema viskozitātes šķidrumiem (ūdens, benzīns utt.), Kuru aizplūde parasti notiek ar lielām Re vērtībām, šie koeficienti ir gandrīz nemainīgi: = 0,64; = 0,97; = 0,62. Ar minerāleļļu izbeigšanos caur apaļām caurulēm kvadrātā, kvadrātveida pretestība var tikt ņemta = 0,65.

4.2. Izplūde zem līmeņa

Kad šķidrums plūst slēgtos kanālos, bieži vien ir jārisina šķidruma aizplūšana nevis gāzveida vidē, bet gan telpā, kas piepildīta ar to pašu šķidrumu (4.2. Attēls). Šādu aizplūšanu sauc par zemu līmeņa aizplūšanu vai aizplūdi caur iegremdēto atveri.

Šeit, tāpat kā iepriekšējā gadījumā, nosakot plūsmas ātrumu Q, ir jāapkopo Bernulli vienādojums. Mēs to uzrakstam sekcijām 1-1 un 2-2, kurās tiek pieņemts, ka šķidruma ātrums ir nulle:

kur - spiediena zudums šķidruma kustības laikā starp sekcijām 1-1 un 2-2.

Nosakot spiediena zudumus šajā gadījumā, ir jāņem vērā, ka tie sastāv no diviem komponentiem:

kur ho - spiediena zudums uz šķidruma daļiņu nomākšanu caurumā ieejas malā;

hvr.r - spiediena zudums pēkšņā tvertnes izplešanās procesā pēc šķidruma caurlūkošanas caur caurumu.

Zaudējumi ho kas gandrīz vienāda ar zaudējumiem, plūstot caur caurumu gāzes vidē:

Jāpatur prātā, ka tad, kad plūst zem līmeņa, tad visa sprauslas kinētiskā enerģija, ko ieguvusi šķidruma daļiņas caurumā, kad izplūst šķidrumā, kas iztvaiko, tiek zaudēta virpuļu veidošanai tāpat kā ar pēkšņu izplešanos. Tāpēc h zaudējumsvr.r ir skaitliski vienādas ar attiecīgo ātruma galvu, kas aprēķināta, ņemot vērā šķidruma vidējo ātrumu strūklī, ņemot vērā Coriolis koeficientu α:

Tādējādi kopējais galvas zaudējums

Nosakot iegūto izteiksmi Bernoulli vienādojumā, iegūstam

Ja šajā aprēķinātās galvas vienādojumā ir izteiksme, pēc transformācijas jūs varat iegūt formulu, kas nosaka šķidruma vidējā ātruma vērtību strāvas saspiestajā daļā:

kas sakrīt ar formulu (4.2). Tas nozīmē, ka, veicot turpmākas transformācijas, kas vajadzīgas, lai iegūtu formulu, kas nosaka plūsmas ātrumu Q pēc izbeigšanās, ir iespējams iegūt formulas (4.6.) Un (4.7.).

Tādējādi gan izplūdes gāzu vidē, gan izplūdes apstākļos zem līmeņa, dizaina formulas, kas nosaka plūsmas ātrumu Q, ir vienādi. Turklāt, kā prakse ir parādījusi, koeficienti un, kas izmantoti šajās formulas, abos gadījumos izplūšanai ir tādas pašas vērtības, ja atbilstošie Reinoldsa skaitļi ir vienādi.

4.3. Pagarinājums caur sprauslām

Iegūto formulu (4.6.) Un (4.7.) Analīze ļauj secināt, ka plūsmas ātruma Q pieaugums, plūst caur caurumu ar nemainīgu So un Hp, palielinot izplūdes koeficientu. Šīs problēmas risinājums ir dažādu dizainu sprauslas. Izšķir šādi sprauslu tipi: cilindriski (ārējie un iekšējie), konusveida (saplūstoši un novirzoši), konoidāli un kombinēti.

Ārējo cilindrisko sprauslu sauc par īsu cauruli vai urbšanu biezā sienā bez apstrādes pie ieejas malas (4.3. Attēls). Tās garums ir l = (3... 5) d, kur d ir cauruma diametrs.

Praksē, ieplūstot gāzes vidē, var novērot divus šķidruma plūsmu veidus caur cilindrisku sprauslu: nepārtrauktu (sk. 4.3. Att., A) un plūsmas atdalīšanu no sienām (sk. 4.3. Att., B).

Nepārtraukto izlādes režīmu raksturo fakts, ka sprauslas iekšpusē šķidruma plūsma sākotnēji tiek saspiesta līdz noteiktajam minimālajam šķērsgriezumam, kura laukumu var noteikt ar strūklas saspiešanas koeficienta vērtību, kas ņemta šķidruma aizplūšanai caur caurumu plānajā sieniņā, un pēc tam izplešas līdz sprauslas cauruma lielumam. Tā rezultātā šajā izplūdes režīmā no sprauslas pie tā izplūdes, strūkla nav saspiesta (= 1), un strūkla šķērsgriezuma laukums ir vienāds ar sprauslas cauruma atveres zonu. Tādēļ šajā gadījumā, nosakot plūsmas ātrumu Q ar formulu (4.7.), Plūsmas ātrums =.

Šajā gadījumā turbīnas režīmā šķidruma plūsma sprausla iekšpusē (α = 1) un zuduma koeficients ir 0,5 (galvas zudumi tiek definēti kā zaudējumi pēkšņas sašaurināšanās laikā) plūsmas koeficients

Izmantoto ātruma un plūsmas ātruma koeficientu salīdzinājums ar šo koeficientu vērtībām, kad šķidrums plūst caur caurumu plānā sieniņā (= 0,97, = 0,62), parāda, ka ar nepārtrauktu plūsmu caur cilindrisko uzgali plūsmas ātrums Q ir lielāks nekā ar plūsmu caur to pašu caurumu plānā sienā. Vidējais ātrums šķidruma plūsmā pie sprauslas izejas ir mazāks. Ātruma samazināšana ir saistīta ar lieliem galvas zudumiem sprauslā, salīdzinot ar zudumiem, kas rodas pie ieplūdes malas caurumā plānā sienā.

Plūsmas ātruma Q pieaugums ir saistīts ar sprauslas kompresijas trūkumu sprauslas izejā. Bez tam, ar nepārtrauktu izlādi sprauslas ieplūdē, plūsma tiek saspiesta, kas nozīmē, ka saskaņā ar Bernoulli likumu šķidruma ātrums palielinās, un spiediens šajā vietā samazinās, salīdzinot ar spiedienu vidē, kurā notiek plūsma. Turklāt, jo plūsmas kompresijas pakāpe un attiecīgi spiediena samazināšanas pakāpe šaurā plūsmas šķērsgriezumā, jo lielāka ir lielāka aprēķinātais spiediens Hp. Tajā pašā laikā caurums ieplūdes malā rada lielāku spiediena kritumu nekā tad, kad šķidrums plūst caur caurumu plānā sienā ar to pašu Hp. Rezultātā tiek nodrošināta papildu šķidruma ieplūde no tvertnes sprauslās un plūsmas ātruma palielinājums Q.

Ar plūsmas kompresiju pie sprauslu ieplūdes, kā arī ar kompresijas pakāpes atkarību no projektēšanas galviņas Hp padeves režīma pēkšņas izmaiņas caur sprauslām ir savienotas. Tas notiek noteiktā kritiskajā dizaina galviņā Hkr, kas pie ūdens izplūdes atmosfērā ir aptuveni 14 m ūdens staba. Ārpus šīs izbeigšanās režīma izmaiņas ir tādas, ka šķidruma plūsma atdala no sprauslas sienām un šķidrums nonāk atmosfērā, nepieskaroties tām. Šo aizplūdes režīmu sauc par novadīšanu, atdalot plūsmu no sprauslu sienām (sk. 4.3. Att., B).

Kad plūsma pirms plūsmas atdalīšanas no sienām, spiediens šaurā plūsmas daļā sasniedz piesātināto tvaiku spiedienu. Kā zināms, plūsmā ar šādu spiedienu ir jāgaida kavitācija. Tomēr kavitācijas režīms plūsmas aizplūšanai gāzveida vidē nav laika veidoties. Jauna kavitācijas sākuma stadija atvieglo gāzveida vides iekļūšanu sprauslā. No šī brīža šķidruma plūsma pēc saspiešanas zaudē mijiedarbību ar sprauslu sienām un vairs neizplešas, bet pārvietojas sprausla iekšpusē, nepieskaroties tās sienām. Izplūde kļūst tāda pati kā izplūde caur caurumu plānā sienā (skat. 4.1. Iedaļu), ar vienādām koeficientu vērtībām un. Tādējādi, mainot plūsmas režīmu, strauja plūsmas ātruma samazināšanās notiek aptuveni par 20%, jo plūsmas laukums ievērojami samazināts.

Jāņem vērā arī tas, ka pēc plūsmas atdalīšanas no sienām spiediens Hp sāks samazināt, tad iztukšošanas veids ar atdalīšanu tiek uzturēts līdz mazākajām spiediena vērtībām, līdz spontāna sprauslas iekšējās virsmas mitrināšana notiek. Tas nozīmē, ka izplūdes veids ar atdalīšanu caur cilindrisku sprauslu ir iespējams arī ar Hp o

DRAIN / BOTTOM EĻĻAS / NAFTAS PRODUKTI

TEHNISKAIS EĻĻAS IZSTRĀDĀJUMA VEIDS

Šķidrums izplūst caur caurumu

Naftas produktu iztukšošanas (uzpildīšanas) procesā nosaka plūsmas ātrumu, izplūstošā šķidruma plūsmas ātrumu un plūsmas laiku. Sprausla ir īsa sprausla (sprausla), kas piestiprināta pie cauruma plānā sienā ar garumu (3 ÷ 4) d0 un palielinot caurlaides caurumus. Sienu uzskata par plānu, ja tā biezums δ < 0,2d0, kur d0 - urbuma diametrs.

Pētot šķidruma plūsmu caur caurumiem un sprauslām, kustība tiek aplūkota īsā segmentā, tādēļ pretestība gar plūsmas garumu ir ļoti maza, un tos ignorē. Šajā gadījumā spiediena zudumu var attiecināt tikai uz vietējo pretestību.

Apsveriet šķidruma aizplūdi no atvērtā trauka atmosfērā caur F atveri. Ar šķidruma aizplūdi no sprauslas, kas atrodas kādā attālumā no tās, strūkla tiek saspiesta. Saspiešanas koeficients tiek aprēķināts pēc sprauslas ε kompresijas pakāpes, kas ir sprauslas Fszh caurumu zonai F:

Ε lielums šķidruma aizplūstē no lielām tvertnēm caur mazām caurumiem ir 0,61-0,63.

Apzīmē konstanta šķidruma līmeņa augstumu caur urbuma centru ar H. Šķidruma spiediens un ātrums no 1-1 līdz P1; υ1, sadaļā 2-2 līdz P2; υ2.

Mēs rakstām Bernulli vienādojumu sekcijām 1-1, 2-2, ņemot ātruma koeficientu α1 = α2 = 1

Novērš šķidruma ātrumu tvertnē (υ1 ņemot vērā tās mazumu) un ņemot vērā spiediena zudumu tikai vietējā pretestībā, Bernulli vienādojumu var uzrakstīt šādi:

Teorētiskais caurplūdums no cauruma ir:

Šķidruma faktiskā ātruma attiecība pret teorētisko vērtību sauc par ātruma koeficientu:

Vērtība parāda, cik daudz enerģijas, ko šķidrums satur, tiek tērēts, lai izveidotu ātrumu un pārvarētu pretestību (piemēram, φ = 0,97%, 97% tiek tērēti ātruma radīšanai, 3% zaudējumiem vietējā pretestībā). Faktiskais plūsmas ātrums būs υd= φ · υt.

Tilpuma plūsmas ātrumu nosaka pēc izteicieniem:

Apzīmē produktu ε · φ ar burtu μ = ε · φ.

Vērtību μ sauc par izplūdes koeficientu.

Parasti μ un ε tiek noteiktas eksperimentāli, un koeficients φ tiek aprēķināts. Piemēram, ar ε = 0,64 un φ = 0,97; μ = 0,62.

Plūsmas koeficients ir faktiskās plūsmas attiecība pret teorētisko plūsmu.

Tilpuma plūsmas ātrums:

Tilpuma plūsmas ātrumu var noteikt arī pēc formulas:

kur nepieciešamības gadījumā nosaka d0, φd vai Q.

Lai atrastu masas plūsmas ātrumu, ir jāreizina tilpuma plūsmas ātrums pēc šķidruma blīvuma (M = Q · ρ).

Šķidrums plūst caur caurumiem;

1.6.1. Eļļas patēriņš caur jebkura mazas garuma formas caurumu vai slotu aprēķina pēc formulas:

kur - izplūdes koeficients; diapazonā Re = 40-40000 = 0,6-0,65 atverēm ar asām malām un = 0,8-0,9 atverēm ar blāvām vai noapaļotām malām;

f ir caurums, mm 2; g = 9,81 m / s 2;, N / m 3;, kg / m 3;

- aprēķinātā spiediena starpība, saskaņā ar kuru notiek plūsma, MPa.

Plūsmas koeficients ir faktiskā plūsmas ātruma attiecība pret plūsmas ātrumu, kas varētu rasties, ja nav strūklas saspiešanas un pretestības. Šo divu faktoru ietekmes dēļ izplūdes koeficients vienmēr ir mazāks par vienu.

Mašīnas hidrauliskajās piedziņās izmantojamo eļļu plūsma cauri caurulei plānajā sienā (diafragmā) var būt:

, l / min (f, mm 2; p, MPa).

1.6.2 Eļļas patēriņš caur kapilāriem - garie kanāli ar mazu diametru (l / d> 20) - ar lamināro plūsmu

kur d ir kanāla diametrs, mm;

- diferenciālais spiediens, MPa;

- dinamiskās viskozitātes koeficients, Pa × s;

- kinemātiskās viskozitātes koeficients, cSt;, kg / m 3;

Šķidruma plūsma caur caurumiem un sprauslām

Šķidruma aizplūšana caur caurumu var notikt pastāvīgā un mainīgā galvai. Ja šķidruma aizplūšana caur caurumu notiek atmosfērā vai citā gāzveida vidē, tad šo caurumu sauc par neapūdeņotu. Ja izplūde iet zemāka līmeņa, nevis atmosfērā - applūst.

Ja strūkla ieplūst atmosfērā no neliela cauruma plānajā sieniņā, rodas svārstības virzuļa formas garumā, ko sauc par strāvas inversiju. Šo parādību galvenokārt izraisa virsmas spraiguma spēku iedarbība uz plūstošām izliektām plūsmām un dažādiem kompresijas apstākļiem ap urbuma perimetru. Inversija ir visvairāk izteikta, ja tā ir no ne-apļveida caurumiem.

Zīmējums - Jet Invertēt

Apsveriet šķidruma plūsmu caur caurumu plānā sienā pastāvīgā spiedienā. Tievā sienā caurums ir caurums, kura diametrs ir vismaz 3 reizes lielāks par sieniņu biezumu, t.i. do> 3δ.

Kad šķidrums plūst caur caurumu plānā sienā kādā attālumā no sienas (l = do), strūkla ir saspiesta. Jet dzīvās daļas zona būs mazāka nekā cauruma laukums. Tas izriet no tā, ka šķidruma daļiņām pie ieejas atverē ir dažādu virzienu ātrums.

Spriegums ir novietots no sienas malas caurumā un pēc tam nedaudz saspiests. Spriegums ieņem cilindrisku formu attālumā, kas ir vienāds ar aptuveni vienu diametru caurumā. Sprieguma saspiešana, kas saistīta ar vajadzību pēc vienmērīgas pārejas no dažādiem šķidruma plūsmas virzieniem rezervuārā, ieskaitot radiālo kustību gar sienu, līdz strūklas aksiālajam virzienam.

un - atmosfērā; b - zem šķidruma līmeņa

Attēls - šķidruma plūsma caur caurumu plānā sienā

Spiediena kompresiju raksturo kompresijas pakāpe - strūklas šķērsgriezuma laukuma attiecība vislielākās saspiešanas vietā līdz cauruma šķērsgriezumam.

kur sczh - strūklakas dzīvās daļas apgabals; S ir caurums.

Saspiešanas koeficients e ir noteikts empīriski un ir 0,64 apaļām caurulēm.

Šķidrumu plūsmas aprēķināšanas uzdevums ir noteikt ātrumu un plūsmas ātrumu pēc derīguma termiņa beigām. Plūsmas ātrumu nosaka pēc Bernulli vienādojuma. Šim nolūkam mēs rakstām Bernulli vienādojumu reālam šķidrumam divām dzīvām sekcijām 1-1 un 2-2, uzzīmējot atskaites plakni caur cauruma asi:

1-1. Iedaļā ģeometriskais spiediens z1 = H un iedaļā 2-2 z2 = 0. Kuģis ir atvērts, izplūde caur caurumu notiek telpā ar atmosfēras spiedienu, tātad p1 = p2 = pa var neņemt vērā tvertnes šķērsgriezuma ātrumu, salīdzinot ar ātrumu caurumā, t.i. ņem w1 = 0. ātrums sadaļā 2-2 w2 = war.

Veicot atbilstošus aizvietojumus un saīsinājumus, iegūstam:

Attiecībā uz galvas zudumu hn tiek saukti par vietējo pretestību un tiek noteiktas pēc formulas:

kur ζ (zeta) ir lokālais pretestības koeficients (ieejot caurulē bez noapaļotām malām ζ = 0,5 un ar noapaļotām malām = 0,1).

Tādējādi:

kur mēs beidzot saņem:

Vērtību sauc par ātruma koeficientu un apzīmē ar φ. Koeficients φ ir faktiskā plūsmas ātruma attiecība pret teorētisko, empīriski noteikto.

Tādējādi reālā šķidruma plūsmas ātrums:

Zinot šķidruma plūsmas ātrumu, caur caurumu varat noteikt plūsmas ātrumu:

Nosakot ātruma un kompresijas koeficienta vērtības, iegūstam:

kur e ir strūklas saspiešanas koeficients,

S ir caurums,

φ - ātruma koeficients,

Sprieguma kompresijas koeficienta produkts ar ātruma koeficientu sauc par izlādes koeficientu un tiek apzīmēts ar μ. Tāpēc:

Un plūsmas vienādojums caur caurumu iegūst galīgo formu:

Praksē bieži vien ir jārisina šķidruma aizplūšana neietilpst atmosfērā vai gāzveida vidē, bet telpā, kas piepildīta ar šo šķidrumu. Šādu lietu sauc par zemslodzi vai zemu plūsmu caur iegremdēto atveri.

Pēc līmeņa beigām aprēķina formulas attiecībā uz ātrumu un plūsmas ātrumu paliek nemainīgas, tikai H tiek ņemta par līmeņu starpību.

Caur plūsmu caur sānu sienas atveri spiediens nebūs vienāds visos punktos caur urbuma šķērsgriezumu, šajā gadījumā plūsmas ātrumu var noteikt pēc summēšanas, t.i. elementāro izmaksu integrācija visā cauruma šķērsgriezumā.

Ja šķidrums plūst caur īsu cilindrisku sprauslu (sprauslas), rodas papildu enerģijas zudumi, galvenokārt putekļu sprauslas pēkšņas izplešanās dēļ.

Attēls - izplūde caur sprauslām

Tādēļ šķidruma plūsmas ātrums caur cauruli ir mazāks nekā plūsmas ātrums caur caurumu plānā sienā. Tomēr caur sprauslu plūstošais šķidruma plūsmas ātrums ir lielāks nekā plūsma caur caurumu. Tā kā strūkla pēc ieiešanas sprauslā tā aptuveni aptuveni samazinās tādā pašā veidā, kā tas plūst caur caurumu plānā sienā, un pēc tam strūkla pamazām izplešas līdz cauruma lielumam un iziet no sprauslas ar pilnu šķērsgriezumu. Tāpēc strūklas saspiešanas koeficients pie sprauslas izejas e = 1, kas noved pie plūsmas koeficienta μ vērtības palielināšanās un attiecīgi arī šķidruma plūsmas.

Ārējās cilindriskās sprauslas var būtiski uzlabot, noapaļojot ieejas malu vai konisko ieejas ierīci.

Attēls - šķidruma plūsma caur sprauslām a - izplešot konisko; b - konusveida konusveida; c - konoidāls; g - iekšējais cilindrisks.

Kondicionālas un konoidālas sprauslas tiek izmantotas, ja ir nepieciešams iegūt labu, salīdzinoši liela garuma, kompaktu strūklu ar nelieliem enerģijas zudumiem (spiediena šļūtenēs, hidro monitoros utt.). Koniski saplūstošās sprauslas tiek izmantotas, lai palielinātu plūsmas ātrumu ar zemu izvades ātrumu.