3. Витікання рідини через отвір при перемінному напорі.

Витікання рідини через отвори при перемінному напорі являє значний інтерес, так як воно звичайно зустрічається при витіканні рідини із резервуарів, басейнів тощо. Дослідження цього питання пов’язане з певними труднощами у зв’язку з тим, що при цьому має місто несталий рух рідини.

При зміні рівня рідини у резервуарі змінюється швидкість, а отже і видаток через отвір.

Тому для визначення часу часткового або повного спороження резервуару необхідно мати на увазі, що звичайно розглядаємий видаток рідини через отвір відноситься до певного напору, який у даному випадку зберігається тільки протягом безкінечно малого проміжку часу.

Для визначення часу витікання рідини через отвір із зміною рівня у резервуарі можна скористатися наступними міркуваннями.

Нехай рідина витікає із резервуара (Рис. 6) з постійною площею перерізу F по висоті через отвір у його дні при початковому напорі Н₁ і кінцевому Н₂ над центром отвору.

Необхідно визначити час, за який витече частина об’єму рідини від початкового до кінцевого рівня Припустимо, що за час dt із резервуара витече об’ємна кількість рідини:

(10)

де f – площа отвору,

h – переміщений рівень у резервуарі (напір над центром тяжіння отвору у момент часу dt).

Рис.6 Витікання рідини з резервуару при перемінному напорі

Одночасно рівень у резервуарі знизиться на величину . Знак “–“ перед dh приймається внаслідок зменшення рівня рідини. Об’ємна кількість рідини:

(11)

Ліві частини рівень (10) і (11) однакові, тому можна записати рівняння

,

Звідки:

Після інтегрування в межах від Н₁ до Н₂ будемо мати час повного спородження при вказаних вище умовах визначиться як:

(13)

Формула (13) може бути представлена у вигляді

, (14)

де V – початковий об’єм рідини у резервуарі;

Q_max – максимальний видаток рідини через отвір, відповідний початковому рівню Н₁ у резервуарі.

Таким чином, час повного спорожнення резервуара внаслідок поступового зниження рівня у 2 рази більше часу, який потрібно було б у випадку витікання тієї ж кількості рідини через отвір під постійним максимальним напором Н₁.

Із формули (14) виходить, що спорожнення резервуара через отвір даного розміру буде тим швидше, чим вище резервуар і рівень Н₁ рідини у ньому.

Лекція № 10 «Загальні поняття про гідравлічні машини»

1. Призначення гідравлічних машин.

2. Основні поняття гідро- та пневмопривода.

3. Енергетичні параметри гідро- та пневмопривода.

4. Робочі рідини приводів.

1. Призначення гідравлічних машин.

Гідравлічні машини служать для перетворення механічної енергії двигуна в енергію рідини, яка переміщується або навпаки. Гідравлічні машини ділять на насоси та гідродвигуни. В насосах механічна енергія приводного двигуна перетворюється в енергію потоку рідини, що використовується споживачем. Насоси є однією з найпоширеніших різновидів машин. Їх застосовують для різних цілей, починаючи від водопостачання населення і підприємств і закінчуючи подачею палива в двигунах ракет.

Гідродвигун – це машина, в якій енергія потоку робочого середовища перетворюється в енергію руху вихідного елементу. Гідродвигуни мають велике значення в енергетиці. Для використання гідравлічної енергії річки та перетворення її в механічну енергію вала генератора, який обертається, на гідроелектростанціях застосовують турбіни, що є одним з різновидів гідродвигунів.

Гідромашина, яка може працювати в режимі насоса або гідродвигуна, називається оборотною.

Насоси та гідродвигуни застосовують також у гідропередачах, призначенням яких є передача механічної енергії від двигуна до виконавчого робочого органу, а також перетворення виду і швидкості руху останнього за допомогою рідини. Гідропередача складається з насоса і гідродвигуна. Насос, який працює від електродвигуна, повідомляє рідині енергію. Пройшовши через насос, рідина надходить у гідродвигун, де передає механічну енергію виконавчому робочому органу. Призначення гідропередач таке саме, як і механічних передач (муфти, коробки передач, редуктори тощо), однак у порівнянні з останніми вони мають наступні переваги:

1. Велика плавність роботи. У механічних передачах неточність виготовлення, муфти, поштовхи призводять до вібрацій.

2. Можливість отримання безступінчатої зміни передавального числа. У механічних передачах зміна передавального числа зазвичай проводиться поступово. Механічні передачі, які допускають безступінчаті зміни передавального числа (наприклад, фрикційні), недостатньо надійні і можуть застосовуватися тільки при малій потужності.

3. Можливість передачі великих потужностей.

4. Малі габаритні розміри і маса.

5. Висока надійність тощо.

Ці переваги привели до великого поширення гідропередач, незважаючи на їх менший, ніж у механічних передач к.к.д.