10. Тұтқырлы сұйықтың қозғалысын зерттеу әдістері.

Сұйық пен газдар қозғалысы сұйықтар ағынның әртүрлі нүкте бөліктеріндегі жылдамдық пен үдеумен, сонымен қатар осы нүктелерді қысыммен сипатталады.

Сұйықтықтардың орнатылған және орнатылмаған қозғалыстарын бөледі.

Кеңістіктегі әр қарастырылған нүктедегі бөліктердің жылдамдығы, тығыздығы, температурасы, қысымы және сұйықтықтардың шығыны уақытқа байланысты өзгермеуін орнатылған қозғалыс деп атайды. Мысалы, сұйықтық суқұбырымен ауыспалы ағыспен ағып жатсын дейік. Сұйықтықтың жылдамдығы осы кезде бірсе ұлғаяды, бірсе суқұбырларының қимасы орналасқанына байланысты кішірейеді, бірақ әрбір қимада ол уақытқа байланысты өзгеріссіз болады. Бұндай қозғалысты стационарлы деп атайды. Орнатылмаған немесе стационарлы емес қаозғалыс кезінде барлық факторлар уақытқа байланысты өзгереді, яғни жылдамдық координат функциясы ғана емес, уақыттың да болып табылады. Орнатылмаған қозғалыстың мысалы резервуардағы оның ауыспалы кезінде сұйықтықтың таусылуы болуы мүмкін.

Орнатылмаған қозғалыс режимдері периодты үрдістерде немесе қосылу кезінде, сонымен қатар үзіліссіз әрекет қондырғылардың жұмыс режимінің өзгеруі кезінде жүзеге асырылады. Жабысқақ сұйықтық қозғалысының зерттеу механизмі бір-бірінен ерекше айырмашылықтары бар екі режимнің орны бар екенін көрсетті. Бұл айырмашылықтар 1883 ж. ағылшын физигі О. Рейнольдстың тәжірибелерімен дәлелденді. Сияның кіші жылдамдық кезіндегі ағысы 1 (сур.2) құбырдың қабырғаларына 2 паралель қозғалады. Бұл қозғалыс режимі ламинарлы немесе қабатты («ламина» латын тілінен қабат деген сөзді білдіреді) деп аталады.

Сұйықтықтың қозғалыс жылдамдығын ұлғайтқан кезінде ағыстың ағын (ток) сызығы құйын түрінде оралады, ал қозғалыстың жылдамдығын одан көп артса тәртіпсіз болады. Құбырдағы ағын сызығы турбуленттік қозғалысында жойылады. Бұл режим турбуленттік («турбулентус» - латын тілінен тәртіпсіз) деп аталады. Тәжірибілі мәліметтер мен кейбір теориялық пікірге жүйенсек Рейнольдс сол немесе басқа режимнің болуы және бір режимнен басқа режимге ауысуы, яғни сұйықтықтың қозғалуы m жабысқақтық, оның w қозғалыс жылдамдығына, p сұйықтық тығыздығына және d құбыр диаметріне байланысты болатын жалпы шарттарды орнатты.

Қозғалыс режимінің сипаттамасы үшін айтылған факторлардың әсер етуі ескерілетін мөлшерсіз комплекс енгізілген. Бұл комплекс кейіннен Рейнольдс критериі деп аталды: Re = wdp / m = wd / v, мұндағы v – сұйықтықтың кинематикалық жабысқақтығы.

Сол немесе басқа режимнің шекарасының болуы Рейнольдс критериінің екі критикалық мәнімен анықталады: төменгі Re_{кр т} және жоғарғы Re_{кр ж}. Re <Re_{кр т} кезінде әрқашан ламинарлы режим; Re > Re_{кр ж} кезінде тұрақты турбулентті режим. Re_{кр т} = 2320 және Re_{кр ж} = 10000 су үшін.

Су құбырларды қысқа және ұзын, жай және күрделі түрлеріне бөледі.

Қысқа су құбырларын екі түрлі шығынды бөледі: ұзындық бойынша және жергілікті. Ұзындық бойынша негізгі болатын қысымның шығынын ұзын су құбырлары деп аталады.

Жай су құбырлары тұрақты немесе ауыспалы қиылысулар болуы мүмкін. Күрделі су құбырлары тармақты және дөңгелекті (тұйық) болып бөлінеді.

Су құбырларын есептеген кезде үш түрлі міндетті атқарады:

берілген өлшемді су құбырлары арқылы сұйықтықтың шығын есебі;

берілген сұйықтықтың шығыны кезінде гидродинамикалық қысым есебі;

берілген шығын мен гидродинамикалық қысым кезінде су құбырларының диаметрін анықтау.

Азық өндірісінде су құбырларының көптігі соншама және олар барлық өндірістің қондырғыларының және эксплуатациясының жалпы құнының елеулі бөлігін құрайды. Мына теңдеуден h_cқ = hw² /d2g d су құбырының диаметрі үлкейгеннен сайын h_cқ қысымның шығыны кішірейеді, ал олармен бірге w ағыс жылдамдығы және N сорғыштың қуаты төмендейтіні көрінеді. Сорғыштың қуаты (Вт)N = pgQ(h_cқ + h_жқ), мұндағы, p – сұйықтықтың тығыздығ, кг/м³; Q – оның көлемдік шығыны, м³/с; h_жқ - қысымның жоғалуының жергілікті кедергісі, Па.

Бірақ осы кезде металл сыйымдылық және жүйенің бағасы көтеріледі.

Су құбырларының диаметрін қондырғының бағасына әсер ететін барлық факторларды ескеретін технико-экономикалық салыстыру базасына байланысты нұсқалар түрлерін таңдайды.

Су құбырларының барлық жүйесін құру және оның эксплуатациясының жалпы бағасы төмен болған кезде су құбырларының диаметрі экономикалық жағынан тиімді деп саналады. Белгілі эксплуатациялық мерзімге экономикалық пайданы қамтамасыздандыратын нұсқасы сәйкесінше шарттарда оптимальды болады. Су құбырларындағы сұйықтық шығынын есептеу кезінде анықтайды:

- сұйықтықтың Q қандай максимальдық шығыны су құбырларының берілген өлшемімен қамтамасыздандырады (ұзындық, құбырлардың диаметрі және т.б.);

- берілген H биіктікке осы сұйықтық мөлшерін жеткізетін сорғыштың қуаты қандай болу керек.