Предмет гидравлика и основные физические свойства жидкости. Основные физические свойства жидкости. Понятие об идеальной жидкости, страница 28

Так например, для   металлических   трубопроводов   при   резком   уменьшении скорости на 1 м/с, дополнительное давление возрастает на 1 МПа (10 атмосфер).

Явление гидравлического удара открыл и исследовал Н.Е. Жуковский в 1899 году.

Явление  гидравлического  удара  менее  резко  сказывается  для  коротких трубопроводов,  при достаточно  медленном  регулировании  расхода,  при наличии уравнительных устройств.

Явление гидроудара характеризуется скоростями распространения ударной волны и большими величинами возникающих давлений (рис. 1.95.).

Повышение давления Δр от прямого гидравлического  удара  определяется по формуле Жуковского:

,                                                                                (162)

где,     Δр  - увеличение давления сверх р₀,

 ρ    - плотность жидкости

 - средняяскорость движения жидкости до удара, м/с,

 с - скорость распространения ударной волны, м/с.

Значение с определяется по формуле:

,                                                           (163)

где,    Е_ж- модуль объемнойупругости жидкости,

Е_м - модуль объемнойупругости материала труб,

∆ - толщина стенок труб.

Или по формуле:

,                                                                     (164)

где,    с₀ - скорость распространения ударной волны в жидкости в абсолютно жесткой трубе, м/с (Е=∞).

Так для воды - с₀ = 1425 м/с, для бензина - с₀ = 1116 м/с, для масла – с₀ = 1200 - 1400 м/с.

Тогда для воды можно записать:

,                                                                     (165)

а для воды в стальной трубе:

.                                                                      (166)

Рис. 1.95.  Схема гидравлического удара.

Практически задвижки на трубопроводах закрываются не мгновенно, а течение некоторого времени t.

Если время закрытия задвижки t меньше времени Т, в течение которого ударная волна пройдет до резервуара и отраженная волна вернется к задвижке в тот момент, когда задвижка уже закрыта (прямой удар), то расчеты ведутся по формуле (162).

Если время закрытия задвижки t больше времени Т, в течение которого ударная волна пройдет до резервуара и отраженная волна вернется к задвижке в тот момент, когда задвижка еще не полностью закрыта (непрямой удар), то повышение давления не достигнет максимальной величины и находится по формуле:

.                                                                           (167)

Время Т (длительность фазы прямого удара) определяется по формуле:

,                                                                                    (168)

где,    ℓ - длина трубы.

Тогда после подстановки получаем:

.                                                                            (169)

На рисунке 1.96. представлены теоретическое и практическое  приращение давления при гидроударе.

Рис. 1. 96.  График приращения давления при гидроударе.

В опытах Жуковского зарегистрировано 12 полных циклов с постепенным уменьшением Δр.

В таблице 3 представлены значения скорости распространения ударной волны с, в зависимости от диаметра трубы dи толщины стенки ∆, для воды движущейся по чугунному трубопроводу, при этом модуль объемнойупругости воды Е_ж = 21000 кг/см², модуль объемнойупругости чугуна Е_м = 10⁶ кг/см².

Таблица 3

Скорость распространения ударной волны при движении воды

по чугунному трубопроводу

Диаметр трубы d, мм	Толщина стенки ∆, мм	Скорость распространения ударной волны С, м/с
50	7	1328
100	8,5	1289
200	10,5	1209
300	12,5	1167
600	18	913

1.3.16. Гидравлический расчет каналов

Каналы - искусственные русла правильной формы.

Движение  воды  в  каналах  безнапорное,     со  свободной  поверхностью, находящейся под действием атмосферного давления. В сельском хозяйстве применяются оросительные (ирригационные), осушительные и обводнительные каналы.