Гидравлический удар в трубопроводах - раздел Образование, КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу ГИДРОГАЗОДИНАМИКА Под Термином «Гидравлический Удар» Подразумевается Неустановившееся Движение ...
Под термином «гидравлический удар» подразумевается неустановившееся движение жидкости с практически ощутимыми колебаниями давления, которые могут быть опасными для прочности трубопроводов. Гидравлический удар в трубопроводе возникает тогда, когда скорость движения упругой жидкости (капельной) резко изменяется в результате быстрого закрывания или открывания задвижки или внезапной остановки насоса, или других причин.
Рассмотрим гидравлический удар, вызванный мгновенным закрытием задвижки, установленной в конце горизонтального трубопровода длиной l, питающегося из большого резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень Но (рисунок 7.3). После закрытия задвижки сначала остановится тонкий слой жидкости, непосредственно примыкающий к задвижке, остальная же масса жидкости продолжает некоторое время по инерции двигаться в сторону задвижки. В результате возрастает давление вблизи задвижки и в трубопроводе, и через некоторое время под действием этого давления возникает течение жидкости в сторону резервуара. Отток жидкости вызовет понижение давления в районе задвижки и повышение давления в начальной части трубопровода, что вызовет течение в сторону закрытой задвижки, и т.д., т.е. процесс будет повторяться циклически. Превышение давления Dр над некоторым начальным давлением рнач очень велико, например, при скорости воды 1м/с Dр=1 МПа (10 атм). Колебания давления вокруг рнач происходят с некоторым периодом Т (рисунок 7.3), причем теоретическое изменение давления показано пунктиром. На практике вследствие рассеивания энергии фактический процесс колебания давления носит затухающий характер.
Теоретическое приращение давления при резком изменении скорости рассчитывается по формуле Н.Е. Жуковского
Рисунок 7.3 - Гидравлический удар
|
Dp=r×c×Dwнач (7.6)
где Dwнач - изменение скорости движения жидкости, м/с ;
r - плотность жидкости, кг/м3;
с - скорость ударной волны, м/с, определяемая по формуле:
(7.7)
Скорость ударной волны по своему значению близка к скорости звука в жидкости
(7.8)
Перепад колебаний давлений определяется длиной трубопровода и скоростью ударной волны
. (7.9)
(Обозначения смотри в примере) Например, гидравлический удар возникает в стальном трубопроводе длиной l=10 м диаметром 100 мм с толщиной стенки d=10 мм, по которому течет вода со скоростью 2 м/с; модули упругости Евод=2,03х109 Па, Eстенки=2×1011 Па; rвод=1000 кг/м3
Скорость звука в воде:
.
Скорость ударной волны:
.
Максимальное повышение давления:
Dp=1000x1350x2=2,7x106 Па.
Период колебания
Гидравлический удар сопровождается звуком, схожим со звуком глухих ударов твердых тел, и сильным сотрясением трубопровода. Для предотвращения разрушения трубопровода необходимы специальные защитные меры (плавное открытие задвижек, установка предохранительных клапанов, компенсаторов и др).
Явление гидравлического удара применяется как полезное в специальных устройствах (гидравлические тараны, гидроимпульсаторы и др.)
Все темы данного раздела:
Условие равновесия (закон Паскаля)
Равновесие жидкости может иметь место либо в случае, когда она находится в состоянии покоя, либо когда она движется подобно твердому телу с одинаковой скоростью во всех точках объема (например, пер
Уравнение равновесия Эйлера. Основное дифференциальное уравнение гидростатики
Рисунок 2.2 - К выводу уравнения Эйлера
Выделим в покоящейся жидкости элементарный пр
Равновесие несжимаемой жидкости под действием сил тяжести
Рассмотрим простейший случай равновесия неподвижной массы несжимаемой жидкости, находящейся под воздействием только сил тяжести, ускорение которой направлено вертикально вниз. Если координатную ось
Равноускоренное движение жидкости в горизонтальном направлении
Рассмотрим движение жидкости в некотором сосуде (например, в цистерне) с горизонтальным ускорением a; жидкость находится под воздействием инерционной силы, а также под действием силы тяжести с уско
Равновесие жидкости, покоящейся относительно сосуда и вращающейся относительно вертикальной оси
Пусть жидкость, находящаяся в сосуде, вращается вместе с сосудом относительно вертикальной оси с угловой скоростью w (рис. 2.5). На покоящуюся относительно сосуда жидкость будут действовать центроб
Уравнения гидростатики для сжимаемых сред
Рассмотрим равновесие сжимаемой жидкости (газа), находящейся под действием только сил тяжести. В качестве примера рассмотрим изменение давления воздуха по высоте атмосферы. Направим координатную ос
Статика двух газов. Дымовая труба
В некоторых промтеплоэнергетических установках, например, паровых котлах или промышленных печах, имеет место взаимное действие горячих газов (продуктов сгорания топлива), заполняющих установку, и о
Давление жидкости на плоские и криволинейные стенки. Закон Архимеда
Предположим, что плоская стенка площадью s, наклоненная к горизонту под углом a, ограждает некоторую массу неподвижной жидкости (рис. 11). Определим силу, с которой жидкость действует на площадку (
Общие понятия. Два метода исследования движения
В кинематике рассматриваются общие свойства движения тел без выяснения причин его возникновения. По образному выражению Н.Е. Жуковского "кинематика есть геометрия движения". В отличие от
Поле скоростей и ускорений
Эйлерово поле скоростей выражается в виде
(3.1)
где wx(x,y,z,t), wy(x,y,z,t), wz(x,y,z,t
Линия тока, трубка тока, траектория
В потоке жидкости можно выделить воображаемую линию, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной к ней (рисунок 3.2). Такая линия называется линией тока.
Вихревое и безвихревое движение
Вихревым называют движение, при котором частицы жидкости вращаются вокруг собственных осей; если такого вращения нет, то движение называют потенциальным. При рассмотрении вихревого движения вводятс
Уравнение Навье-Стокса для сжимаемой жидкости
В случае движения сжимаемой вязкой жидкости в уравнении движения должна быть отображена сила внутреннего трения, обусловленная сдвигом слоев вследствие объемной деформации (сжатия или растяжения) ж
Уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости
Рассмотрим стационарное движение элементарной струйки несжимаемой идеальной жидкости при условии, что компоненты скорости изменяются только в направлении соответствующих координатных осей. Если так
Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
Полученное выше уравнение Бернулли для идеальной жидкости (4.9) строго применимо лишь для элементарной струйки или трубки тока, в пределах которой скорость одинакова по сечению. Если рассматривать
Уравнение Бернулли в избыточных давлениях
В гидравлических расчетах газоходов, трубопроводов, систем удаления продуктов горения и т.д. обычно пользуются уравнением Бернулли, записанным для избыточных давлений, представляющих собой разность
Потери на трение в потоке несжимаемой жидкости
Потери давления на трение в потоке несжимаемой жидкости (p=const) определяют как величину, пропорциональную динамическому давлению:
Потери на трение в потоке сжимаемых жидкостей (газов высокого давления)
При движении несжимаемых жидкостей (на практике - это чаще всего газы высокого давления) давление по длине трубопровода уменьшается вследствие потерь энергии на перемещение газа, при этом увеличива
Коэффициент трения
Значение коэффициента трения l зависит от режима течения, состояния внутренней поверхности стенки трубопровода, диаметра канала.
При ламинарном течении ( Rе < 2300, lgRe = 3,4) коэффици
Потери на местные сопротивления
Потери энергии на местные сопротивления появляются тогда, когда изменяется скорость или направление движения потока вследствие изменения сечения или изгиба канала, а также загромождения канала каки
Теорема Борда
Рисунок 5.12 - К теореме Борда
Теорема Борда дает возможность теоретического рас
Учет взаимного влияния местных сопротивлений
Значения коэффициентов местного сопротивления, приводимые в справочниках, получены экспериментально для потоков с выровненным полем скоростей на входе. Полное выравнивание скоростей по сечению прои
Гидростатические потери (потери геометрического давления)
Гидростатические потери энергии возникают тогда, когда канал изменяет положение по высоте, а плотность движущейся по каналу жидкости отличается от плотности окружающей среды. Расчет потерь производ
Общие принципы расчета сложных гидравлических систем
В промтеплоэнергетике к сложным системам относятся трубопроводы для подачи воздуха, газообразного и жидкого топлива, воды к паровым котлам или промышленным печам, паропроводы, трубопроводы систем т
ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ, НАСАДКИ И СОПЛА
Истечение капельных жидкостей, а также сжимаемых и несжимаемых газов происходит при работе таких устройств промтеплоэнергетики, как форсунки, газовые горелки, выхлопные трубы, газов
Истечение несжимаемых сред через отверстия
Рисунок 6.1. Истечение из отверстия в тонкой стенке
Рассмотрим истечение капельной жи
Истечение несжимаемых сред через насадки
Рисунок 6.2. Истечение через насадки
Рассмотрим истечение жидкости через насадки, при
Истечение сжимаемых газов (газов высокого давления )
Истечение газов высокого давления является термодинамическим процессом расширения и подробно рассматривается в курсе, технической термодинамики, здесь же излагается лишь методика расчета, основными
Дроссельные расходомеры и труба Вентури
Рисунок 7.1 - Cхемы дроссельных расходомеров
Один из способов измерения расхода
Измерение скорости и расхода жидкости с помощью трубок скоростного напора
Французский ученый Анри Пито в 1732 году применил трубку полного напора (полая стеклянная трубка с загнутым концом) для измерения скорости воды в р. Сене, т.е. в канале с открытой поверхностью (рис
Кавитация
На участке некоторых местных сопротивлений скорость потока жидкости (капельной) резко возрастает, статическое давление падает и, если оно становится ниже давления насыщения паров рнп, то
Некоторые понятия теории гидродинамического пограничного слоя
Уравнения движения реальной жидкости Навье-Стокса весьма сложны, и их аналитическое решение, т.е. получение полей скоростей, ускорений и давлений для конкретных условий, является пока неразрешимой
Аэродинамика свободной затопленной турбулентной струи
Рисунок 8.5 - Аэродинамика свободной струи
а - схема струи, б - характеристики струи
Струя во встречном и спутном потоках
На практике в промтеплоэнергетических установках свободная струя развивается не в спокойной среде, а во встречном, спутном или сносящем потоках. На рисунке 8.6 показаны эпюры скоростей в спутном и
Струя, ограниченная параллельной плоскостью
Если направить струю параллельно твердой плоскости, расположенной на небольшом расстоянии от оси струи (рисунок 8.7), то дальнобойность струи увеличится; струя, развивавшаяся до встречи с плоскость
Струя, атакующая поверхность под углом
Если направить струю под углом b к плоскости (рисунок 8.8), то с увеличением угла атаки сплющивание увеличивается, а угол растекания можно определить по формуле В.И. Миткалинного:
aра
Струя, втекающая в полость. Струйный аппарат
Если свободную струю ограничить со всех сторон на некотором расстоянии от сопла (рисунок 56), то поверхность струи, увлекающая окружающую среду, сокращается, нерастраченная энергия расходуется на с
Задачи исследований. Гидравлическое моделирование и теория подобия
В практике проектирования, эксплуатации и реконструкции промтеплоэнергетических установок (ПТУ) возникают проблемы с получением информации о распределении скоростей, ускорений и давлений в объеме и
Основы теории подобия
Понятие физического подобия справедливо для явлений одной и той же природы, т.е. которые качественно одинаковы и описываются одинаковыми уравнениями, как по форме, так и по содержанию.
Тео
Метод масштабных преобразований
Метод масштабных преобразований рассмотрим на примере стационарного изотермического движения вязкой жидкости при наличии сил тяжести. Процесс получения критериев может быть разделен на следующие эт
Метод анализа размерностей
Рисунок 9.2 - К исследованию силы лобового сопротивления аппарата
Метод анализа разме
Метод гидравлического моделирования
Метод гидравлического моделирования - это метод изучения гидрогазодинамических процессов тех или иных объектов промтеплоэнергетики на моделях. Теория подобия определяет следующие требования к модел
Расчет модели
Расчету модели предшествует выбор моделирующего агента, а также геометрического масштаба модели. В качестве моделирующего агента выбирают воздух или воду в зависимости от того, какие задачи ставят
Общие понятия
Рисунок 10.1 - Схема движения пароводяной смеси в обогреваемой (а) и не обогреваемой (б) трубах
Потери давления при движении пароводяных смесей.
Потери на трение при движении пароводяной смеси при постоянном паросодержании (необогреваемая труба рис. 10.1.б) определяется по формуле:
Контур естественной циркуляции
В паровых котлах с естественной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси в испарительной системе осуществляется за счет давления, создаваемого разностью плотности воды в опускных трубах и паро
Новости и инфо для студентов