В зависимости от вида ускорения движения инерционный напор может быть как положительным, так и отрицательным. Для ускоренного движения потока интеграл положительный, а для замедленного движения - отрицательный.
При
неустановившемся движении жидкости в трубах на определенном участке длиной также учитывается инерционный напор
.
В
цилиндрической трубе площадь сечения по длине потока,
средние скорости
и
для
рассматриваемого момента времени.
Потери напора по длине на участке от сечения 1-1 до сечения 2-2 определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
.
Ускорение
постоянно по длине участка трубы;
следовательно, инерционный напор
. (5.46)
Уравнение неустановившегося движения в трубе согласно (5.45)
. (5.47)
Данное уравнение (5.47) - основное уравнение неустановившегося движения жидкости для цилиндрической трубы.
Подобно
потерям напора, инерционный напор влияет на значение полной
удельной энергии во втором сечении. Величина и знак инерционного напора зависят
от значения и направления ускорения потока. При замедляющемся движении (
) инерционный напор будет отрицательным,
т.е. на пути между расчетными сечениями будет высвобождаться кинетическая
энергия; и если потери напора по длине на этом участке будут невелики (
), то полный напор для данного момента
времени между расчетными сечениями будет возрастать. При положительном
ускорении потока (
) за тот же промежуток времени
между сечениями удельная энергия жидкости уменьшается.
5.8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОПИСАНИЕ
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА В ТРУБАХ
В конце XIX в. на Московском водопроводе происходили аварии в результате разрыва труб. Анализируя причины аварии, Н. Жуковский установил, что разрыв труб был связан с быстрым закрытием на трубопроводе задвижек, в результате этого происходило резкое уменьшение скорости перед задвижкой. Снижение скорости до нуля привело к тому, что кинетическая энергия потока воды преобразовывалась в потенциальную энергию в виде увеличения давления. В результате этого энергия затрачивалась на сжатие воды в трубе и на деформацию ее стенок.
Явление резкого повышения давления в трубе при быстром изменении скорости движения жидкости называется гидравлическим ударом. Основные положения по исследованию гидравлического удара в трубах были опубликованы в 1899 г. в труде Н. Жуковского «О гидравлическом ударе». При теоретических исследованиях он принимал жидкость невязкой, однако сжимаемой, а стенки трубопровода - абсолютно жесткими.
Гидравлический удар в трубах представляет собой быстродействующий периодический процесс, обусловленный упругими деформациями жидкости и стенок трубы. При резком закрытии задвижки (затвора) в слоях жидкости, находящихся у задвижки, повышается давление. Остановка жидкости и повышение давления происходят от одного слоя к другому. Увеличение давления осуществляется с большей скоростью и распространяется по длине трубопровода от задвижки к его начальному сечению, создавая волну повышения давления. Упругая деформация жидкости и стенок связана непосредственно со скоростью распространения изменения давления по длине трубопровода. Скорость, с которой происходит повышение давления, называется скоростью распространения ударной волны С или скоростью распространения упругой деформации жидкости.
Явление гидравлического удара можно представить в виде этапов (циклов) развития процесса изменения значения давления в трубопроводе диаметром d.
Рассмотрим
физическую природу гидравлического удара, разделив явление на отдельные этапы.
Схема гидравлического удара в трубопроводе для анализа явления показана на рис.
5.16. Жидкость в трубе до закрытия затвора движется со скоростью и давлением
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.