- •1. Гидравлические сопротивления. Режимы движения жидкости
- •2. Способы определения потерь напора при равномерном движении жидкости
- •3. Местные гидравлические сопротивления
- •4. Гидравлический удар в трубах
- •4.1 Определение ударного давления и скорости распространения ударной волны
- •5. Классификация трубопроводов
- •6. Гидродинамика жидкости при добыче нефти винтовыми насосными установками
- •6.1. Принципиальная схема усвн
1. Гидравлические сопротивления. Режимы движения жидкости
При движении реальных жидкостей в различных гидросистемах требуется точная оценка потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений. Точный учёт этих потерь во многом определяет надёжность технических расчётов. Кроме того, это позволяет найти экономически целесообразное инженерное решение, обладающее достаточной степенью совершенства. Для этого необходимо иметь ясное представление о механизме движения жидкости.
В процессе исследований известный физик Рейнольдс в 1883 году подтвердил теорию о существовании двух режимов движения жидкости. Это прежде всего ламинарный режим движения жидкости, соответствующий малым скоростям. Ламинарное движение можно рассматривать как движение отдельных слоёв жидкости, происходящее без перемешивания частиц.
При более высоких скоростях движения жидкости наблюдается турбулентный режим («турбулентус» по-латыни – вихревой). Такое движение называют беспорядочным-перемешивание жидкости в потоке на больших скоростях.
Для оценки режима движения жидкости Рейнольдс ввёл безразмерный критерий Re, который учитывает влияние скорости v, диаметра (характерного размера) , плотности , а также динамической вязкости :
или , (1.1)
где = – |
кинематическая вязкость. |
Граница существования того или иного режима движения жидкости определяется двумя критическими значениями числа (Рейнольдса) Re: нижним и верхним .
Так, при > Re возможен только ламинарный режим, а при < Re – только турбулентный режим, при < Re < наблюдается неустойчивое состояние потока.
При расчётах принято исходить из одного критического значения числа Re = 2320, что приводит к большей надёжности в гидравлических расчётах.
2. Способы определения потерь напора при равномерном движении жидкости
Основной формулой при расчёте напорных трубопроводов является формула Дарси-Вейсбаха:
,- потеря напора на трение (2.1)
На графике (рис.1) показана зависимость потерь на трение в зависимости от скорости движения жидкости .
При ламинарном движении жидкости коэффициент для труб определяется по формуле
(2.2)
Впервые наиболее исчерпывающие данные о значении были получены Никурадзе. Результаты показаны на Рис 2.1
Р ис.2.1
В пределах прямой 1 коэффициент зависит не от шероховатости стенок трубы, а от числа Re (2.2)
Прямая 2 представляет зависимость для гидравлических гладких труб, у которых шероховатость меньше толщины ламинарного пристенного слоя.
Коэффициент для гидравлических гладких труб определяется по формуле Блазиуса (прямая 2):
(2.3)
Между линиями 2 и линией 3 слева располагается зона А, в которой зависит как от числа Рейнольдса, так и от шероховатости поверхности стенок труб.
Для определения в этой области может применяться формула А. Д. Альтшуля:
, (2.4)
где kэ – |
эквивалентная равномерно зернистая шероховатость, определяемая опытным путем. |
В области В коэффициент зависит только от шероховатости.
Для определения в этой области рекомендуется формула Никурадзе
, (2.5)
где r – |
радиус трубы; |
– |
абсолютная шероховатость стенок трубы. |