- •В.А.Кудинов, э.М.Карташов гидрАвЛика
- •Глава 1 введение
- •§ 1.1. Краткий исторический обзор развития гидравлики
- •§ 1.2. Определение науки «Гидромеханика»
- •§ 1.3. Реальные и идеальные жидкости
- •§ 1.4. Размерности физических величин, применяемых в гидРомеханИке
- •Глава 2 свойства жидкостей
- •§ 2.1. Основные физико-механические свойства жидкости
- •§ 2.2. Вязкость. Закон ньютона для внутреннего трения в жидкости
- •§ 2.3. Зависимость вязкости от температуры и давления. Вискозиметры
- •Глава 3 гидростатика
- •§ 3.1. Силы, действующие в жидкости
- •§ 3.2. Гидростатическое давление и его свойства
- •§ 3.3. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости
- •§ 3.4. Потенциал массовых сил
- •§ 3.5. Интеграл уравнений эйлера для несжимаемой жидкости
- •§ 3.6. Уравнение поверхности равного давления
- •§ 3.7. Основное уравнение гидростатики
- •§ 3.8. Методы и приборы для измерения давления. Абсолютное и избыточное давление. Вакуум
- •§ 3.9. Гидростатический напор и энергетический закон для жидкости, находящейся в равновесии
- •§ 3.10 Интегрирование уравнений эйлера для случая относительного покоя жидкости
- •§ 3.11. Сила давления жидкости на криволинейную поверхность произвольной формы
- •§ 3.12. Частные случаи расчета сил, действующих на криволинейные поверхности закономерных форм
- •§ 3.13. Сила давления жидкости на плоскую стенку произвольной формы
- •§ 3.14. Гидростатический парадокс
- •§ 3.15. Центр давления и определение его координат
- •§ 3.16. Простые гидравлические машины. Гидравлический пресс
- •§ 3.17. Гидравлический аккумулятор
- •§ 3.18. Закон Архимеда
- •§ 3.19. Условия плавучести и остойчивости тел, частично погруженных в жидкость
- •Глава 4 Гидродинамика
- •§ 4.1. Основные кинематические понятия и определения. Два метода исследования движения жидкости
- •§ 4.2. Траектории частиц и линии тока
- •§ 4.3. Установившееся движение
- •§ 4.4. Струйчатая модель движения жидкости. Трубка тока. Расход жидкости
- •§ 4.5. Средняя скорость
- •§ 4.6. Уравнение неразрывности в переменных эйлера в декартовой системе координат
- •§ 4.7. Дифференциальные уравнения движения идеальной (невязкой) жидкости (уравнения эйлера)
- •§ 4.8. Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения навье-стокса)
- •§ 4.9. Уравнение бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
- •§ 4.10. Физический и геометрический смысл уравнения бернулли. Напор жидкости
- •§ 4.11. Уравнение бернулли для элементарной струйки реальной жидкости
- •§ 4.12. Уравнение бернулли для потока реальной жидкости
- •§ 4.13. ГрафИческая иллюстрация уравнения бернулли для потока реальной жидкости
- •§ 4.14. Практическое применение уравнения бернулли
- •§ 4.15. Трубка прандтля
- •§ 4.16. Трубка вентури, сопло, диафрагма
- •Глава 5 основы теории гидродинамического подобия
- •§ 5.1. Основные понятия и определения теории подобия
- •§ 5.2. Теоремы теории подобия. Критерии подобия
- •§ 5.3. Физический смысл критериев подобия
- •§5.4. Метод анализа размерности
- •Глава 6
- •§ 6.1. Два режима движения жидкости
- •§ 6.2. Равномерное движение жидкости
- •§ 6.3. Основное уравнение равномерного потока. Уравнение динамического равновесия равномерного потока
- •§ 6.4. Ламинарное движение жидкости
- •§ 6.5. Расход жидкости
- •§ 6.6. Коэффициент линейных потерь при ламинарном движении жидкости
- •§ 6.7. Формирование изотермического ламинарного потока
- •§ 6.8. Основы гидродинамической теории смазки
- •§ 6.9. Турбулентное движение жидкости
- •§ 6.10. Турбулентное перемешивание. Пульсация скоростей и напряжений при турбулентном режиме
- •§ 6.11. Осреднение скоростей
- •§ 6.12. Осреднение напряжений
- •§ 6.13. Структура турбулентного потока
- •§ 6.14. Касательные напряжения в турбулентном потоке
- •§ 6.15. Полуэмпирические теории турбулентности
- •§ 6.16. Логарифмический закон распределения скоростей в круглой трубе
- •§ 6.17. Экспериментальные данные для коэффициента гидравлического сопротивления. Опыты Никурадзе и Зегжда
- •§ 6.18. Формулы для определения коэффициента гидравлического сопротивления
- •§ 6.19. Местные сопротивления
- •§ 6.20. Зависимость коэффициента местных потерь от числа Рейнольдса
- •§ 6.21. Принцип наложения потерь напора. Коэффициент сопротивления системы
- •§ 6.22. Основные расчетные формулы для определения потерь напора
- •Глава 7 Гидравлический расчёт трубопроводов
- •§ 7.1. Назначение и классификация трубопроводов
- •§ 7.2. Расчет и проектирование трубопроводов
- •§ 7.3. Гидравлический расчет простого трубопровода
- •§ 7.4. Метод эквивалентных потерь
- •§ 7.5. Гидравлический расчет сложных трубопроводов
- •§ 7.6. Гидравлические характеристики трубопроводов
- •§ 7.7. Гидроэнергетический баланс насосной установки
- •§ 7.8. Сифонные трубопроводы
- •§ 7.9. Гидравлический удар в трубах
- •§ 7.10. Кавитация
- •Глава 8 Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •§ 8.1. Истечение через малое отверстие в тонкой стенке
- •§ 8.2. Истечение через большое отверстие
- •§ 8.3. Истечение через затопленное отверстие
- •§ 8.4. Истечение жидкости при переменном напоре
- •§ 8.5. Истечение через насадки
- •Оглавление
- •Средние значения модуля упругости е жидких и твердых тел
- •Средние значения эквивалентной шероховатости э
- •Библиографический список
§ 7.3. Гидравлический расчет простого трубопровода
Исходными выражениями для расчета трубопровода являются.
1. Уравнение Бернулли .
2. Водопроводные формулы ; .
3. Формула для определения местных потерь напора .
Рассмотрим установившееся движение жидкости по трубопроводу, соединяющему два резервуара A и B (из сосуда A жидкость переливается в сосуд B (рис. 7.2)).
Рис. 7.2
Составим уравнение Бернулли для сечений I и II.
,
где Σh = hл + hм – сумма линейных и местных потерь напора.
Так как 1 = 2 0, а также , то
.
Отсюда следует, что разность геометрических напоров полностью идет на покрытие потерь.
Формула для суммарной потери напора имеет вид
,
где - коэффициент сопротивления системы.
Тогда
.
Отсюда
и
.
В том случае, когда местными потерями можно пренебречь и при турбулентном режиме движения, расход можно определить непосредственно по формуле
,
где K - модуль расхода (см.§ 6.22).
Составляя уравнение Бернулли для сечений a и b, убеждаемся, что разность пьезометрических напоров идет на преодоление сопротивления по длине
.
Без учета местных сопротивлений линия полного напора будет выражаться прямой линией с постоянным наклоном (линия АВ на рис.7.2).
Если трубопровод состоит из ряда отдельных участков с различными диаметрами, последовательно соединенных между собой (рис. 7.3), то задача решается аналогично
,
где .
Формула для в развернутом виде будет
или
.
Рис. 7.3
При неучете местных потерь и турбулентном движении
.
Учитывая, что
,
получим
.
Для простого трубопровода . Тогда
.
Отсюда
.
Последнюю формулу можно записать в виде
, (7.1)
где – |
коэффициент пропускной способности трубопровода.
|
Формулу (7.1) перепишем в виде
,
где - коэффициент гидравлической характеристики трубопровода.
Рассмотрим теперь как в случае простого трубопровода решаются упомянутые выше три частные задачи.
1. Заданы расход Q и размеры трубопровода (диаметр d и длина l). Определить перепад напора H.
Из уравнения Бернулли
,
определив среднюю скорость
,
находим
или
.
2. Заданы перепад напоров H и размеры трубопровода (диаметр d и длина l). Определить расход Q.
Определив среднюю скорость
,
найдем
или
.
3. Заданы расход Q и перепад напоров H. Определить диаметр трубопровода d (длина и конфигурация трубопровода также считаются заданными).
В простейшем случае, когда местными сопротивлениями можно пренебречь,
.
Так как
,
то
.
Отсюда
.
Для квадратичной области можно принять , если шероховатость трубопровода задана, и, следовательно, d определено явно.
Если и, следовательно, , так как , то расчет усложняется и ведется методом последовательных приближений.
Для ламинарного режима
и
.
Так как
,
то
.
Отсюда
.
Имеются и другие методы решения этой задачи.