2015-05-05
363
При изучении материала данной темы следует обратить внимание на размерность величин основных свойств жидкостей (капельных и упругих).
Для нефтепродуктов часто встречается понятие относительной плотности.
Относительной плотностью ρ называется отношение плотности вещества при 20˚ С к плотности дистиллированной воды при температуре 4˚ С.
Известно, что плотность жидкости с повышением температуры уменьшается.
Плотность газов зависит от температуры и давления: с увеличением температуры плотность газов понижается, а с увеличением давления – плотность увеличивается. Плотность газов при любых температурах и давлении определяется по уравнению:
То · Р М 273 · Р кг
Ρt = ------------ = ----------- · -----------------, --------
Т · Ро 22,4 Т · 0,1 · 10 
м 3 
где М – молекулярная масса газа, кг/моль;
Т – абсолютная температура системы, К;
Р – давление системы, МПа.
С изменением температуры изменяется и вязкость жидких веществ с увеличением температуры уменьшается, газообразных – увеличивается.
При изучении гидростатики необходимо понять, что гидростатическое давление – это давление внутри жидкости, размерность его в системе СИ – н/м 
=Па
|
|
|
Свойства гидростатического давления являются очень важными для изучения дальнейшего материала. Обратите внимание на то, что:
1) гидростатическое давление внутри жидкости распространяется во все стороны с одинаковой силой;
2) гидростатическое давление всегда действует по нормали к поверхности, воспринимающей это давление.
Важным понятием, часто встречающимся в практике, является расход. Расходом называется количество жидкости, проходящее через поперечное сечение потока в единицу времени.
Расход бывает объемный
Q = w · S,
где Q – объемный расход, м 
/с;
w – средняя линейная скорость, м/с;
S – площадь поперечного сечения, м ,
и массовый
G = W · S,
Где G – массовый расход жидкости, кг/с;
W – массовая скорость движения жидкости, кг/м · с.
Между массовой и линейной скоростью существует зависимость:
W = w · ρ,
Где ρ – плотность жидкости, кг/м .
Очень важным является изучение уравнения неразрывности потока и уравнения Бернулли. Этот материал является основным при изучении теоретических основ гидромашин.
Уравнение неразрывности потока позволяет определить расход жидкости и выразить скорость движения жидкости в одном сечении через скорость движения жидкости в другом сечении:
Q = W 
· S = W 
· S = const;
G = S · W · ρ = S · W · ρ = const.
Это уравнение неразрывности потока при установившемся движении жидкости.
Уравнение Бернулли (энергетический баланс потока) справедливо только для установившегося движения жидкости.
|
|
|
Согласно уравнению Бернулли, при движении идеальной жидкости, сумма геометрического, пьезометрического и скоростного напоров во всех сечениях потока является постоянной величиной, т.е.
где z – геометрический напор, м;
- пьезометрический напор, м;
- скоростной напор, м.
Для реальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид:
где h 
- потерянный напор, м.
Таким образом, при установившемся движении реальной жидкости сумма геометрического, пьезометрического, скоростного и потерянного напоров в любом сечении потока является величиной постоянной.
Студентам необходимо знать режимы движения жидкости, критерий Re, которые характеризует режим движения жидкости.
Вопрос определения потерь напора на трение по длине потока и в местных сопротивлениях практически очень важен, поэтому должен быть изучен с большим вниманием. Необходимо обратить внимание, что при определении потерь напора имеют дело с коэффициентом трения l.
При ламинарном движении значение l зависит только от величины критерия Re и определяется по уравнению Стокса:
l = 
.
При турбулентном режиме движения жидкости l зависит от критерия Re и шероховатости стенок трубопровода. Существует очень много формул, с помощью которых можно определить l. Обратите внимание на то, что каждая формула имеет свои границы применения.
Коэффициенты местного сопротивления 
обычно определяются опытным путем. При расчетах значения коэффициентов местных сопротивлений можно брать из таблиц учебников [1].
Для расчета трубопроводов используются ранее изученные закономерности гидродинамики. Правильность расчета проверяется по величине потери давления в трубопроводе, потери должны быть умеренными примерно 5-15% от давления нагнетания.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем состоит различие между капельными и упругими жидкостями?
2. Дайте определение основных свойств жидкостей.
3. Как изменяется плотность с изменением температуры?
4. Как изменяется вязкость с изменением температуры?
5. Какова зависимость между плотностью и удельным весом?
6. Что называется относительной плотностью?
7. Как определить плотность вещества, если известна его относительная плотность?
8. Что такое гидростатическое давление? Его свойства, размерность.
9. Что такое абсолютное давление, избыточное, вакуум?
10. Как производится измерение избыточного давления и вакуума?
11. Что называется расходом жидкости? Какова зависимость между объемным и массовым расходом?
12. Что понимается под средней скоростью потока?
13. Выведите уравнение неразрывности потока жидкости. Какова его физическая сущность?
14. Напишите уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости. Какова их физическая сущность?
15. Какие существуют режимы движения жидкости?
16. Как определить режим давления жидкости?
17. Как определяются потери напора на трение по длине потока и в местных сопротивлениях?
18. Как определяются коэффициенты трения и коэффициенты местных сопротивлений?
19. Выведите формулу скорости и расхода идеальной жидкости при истечении через отверстие в днище сосуда.
20. Как определяется расход и скорость при истечении реальной жидкости?
21. Как классифицируются трубопроводы?
22. Какой трубопровод называется простым?
23. Напишите основные формулы, которые применяются при расчете простого трубопровода.
24. В чем сущность гидравлического удара в трубопроводах?
25. Каковы меры борьбы с гидравлическим ударом?
Литература:[1], с. 19-67; [2], с. 9-22;[3], с. 121-171;с. 184-187.
