Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Гидравлический удар в трубопроводахГидравлическим ударом в трубах называется резкое увеличение давления при очень быстром (практически мгновенном) уменьшении скорости движения жидкости (например, при очень быстром закрытии пробкового крана). Всестороннее изучение гидравлического удара началось в связи с частыми авариями на новых линиях Московского водопровода, построенных в конце XIX века. Причины аварии исследовал выдающийся русский ученый Н.Е. Жуковский, которой впервые разработал теорию гидроудара. Основная схема физического процесса явления гидравлического удара по теории Н.Е. Жуковского заключается в следующем (рисунок 3.36).
Рисунок 3.36 - Схема физического процесса явления гидравлического удара Будем считать жидкость не вязкой, а сжимаемой и подчиняющейся закону Гука, а трубопровод абсолютно жестким. Физический процесс, протекающий при гидравлическом ударе, представляет собой четыре фазы преобразования энергии движущейся жидкости. Первая фаза. При внезапном и полном закрытии задвижки в конце трубопровода вся движущаяся в нем жидкость должна остановиться. Реальная жидкость, обладающая свойством упругости, останавливается постепенно, сжимаясь от слоя к слою, начиная от конца трубопровода. Фронт остановившейся жидкости (сечение n – n) будет перемещаться от задвижки к резервуару. В остановившемся объеме между задвижкой и сечением n – n возникает дополнительное давление D р. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространения ударной волны и обозначается символом , где l и Т – соответственно длина трубы и длительность первой фазы. Таким образом, упругая деформация сжатия и повышения давления распространяется вверх по течению и за время T достигает конца трубы. При этом освободившееся пространство на расстоянии D l заполняется жидкостью из резервуара. В конце первой фазы вся жидкость в трубе неподвижна ( = 0) и находится под давлением р + D р. Вторая фаза. Начало второй фазы совпадает с концом первой. Жидкость в трубе сжата, но не уравновешена давлением в резервуаре, где давление p. Поэтому жидкость в трубе начинает расширяться в сторону резервуара. Сначала приобретают движение слои жидкости, близкие к резервуару, а затем фронт спада давления n – n станет перемещаться от резервуара к задвижке со скоростью . К концу второй фазы вся жидкость в трубе окажется в движении со скоростью в сторону резервуара и давление в трубе восстановится до первоначального. Третья фаза. (Фаза растяжения и остановки движения). В начальный момент вся жидкость движется в обратную сторону и стремится оторваться от задвижки. Если отрыва не произойдет, то начнется растяжение жидкости с дальнейшим понижением давления до р ² = р – D р. В конце третьей фазы вся жидкость останавливается и находится под действием пониженного давления. Это состояние оказывается также неуравновешенным, т.к. давление в резервуаре равно р, а в трубе р – D р. Четвертая фаза. (Фаза восстановления движения до состояния, имевшего место перед закрытием задвижки). В начале четвертой фазы жидкость из резервуара начнет втекать в трубку со скоростью и давление будет повышаться до р. Фронт первоначального давления n – n будет перемещаться в сторону задвижки со скорость распространения ударной волны . К концу четвертой фазы скоростью движения по всей длине трубы будет равна , а давление р. Так как задвижка закрыта, то, начиная с конца четвертой фазы, процесс гидравлического удара будет повторяться. В реальных условиях, когда существуют гидравлические сопротивления и упругие деформации стенок трубопровода, процесс гидравлического удара будет более сложным и затухающим. При этом наиболее опасным является первое повышение давления (рисунок 3.37). Время одного цикла, включающего повышение и понижение давления, называется фазой удара T. Считая скорость ударной волны при повышении и понижении давления одинаковой, определим фазу удара .
Рисунок 3.37 – Колебания давления при гидравлическом ударе Если время закрытия задвижки меньше или равно фазе удара (t 3£ T), то удар называется прямым. При t 3 ³ T не вся кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию давления и повышение давления при тех же условиях меньше, чем при прямом ударе. Такой удар называется непрямым. Так как характеристики движения жидкости при гидравлическом ударе изменяются с течением времени, то такой процесс называется неустановившимся. Рассмотрим гидравлический удар в трубопроводе при внезапном (мгновенном) закрытии задвижки в конце трубопровода с учетом реальных условий движения жидкости, а именно: жидкость сжимаема, а стенки трубопровода обладают упругими свойствами.
Рисунок 3.38 – Иллюстрация гидравлического удара За бесконечно малый промежуток времени dt после закрытия задвижки движение жидкости прекращается на расстоянии от задвижки. На этом бесконечно малом участке трубопровода произойдет повышение давления на величину D р (рисунок 3.38). Определим величину D р с помощью закона изменения количества движения. До закрытия задвижки количество движения в рассматриваемом объеме было равно , где S – площадь сечения трубы; r – плотность жидкости; – скорость движения жидкости; – скорость распространения ударной волны. После закрытия задвижки скорость и количество движения уменьшились до нуля, т.е. в этом случае изменение количества движения стало равно начальному количеству движения. Это изменение количества движения должно быть равно импульсу действующих сил. Учитывая, что давление в сечении 1–1 равно р 0, а в сечении 2–2 повысилось до р 0 + D р, находим импульс действующих сил в виде Запишем закон изменения количества движения с учетом выражений для количества движения и импульса действующих сил . Откуда следует формула для определения повышения давления при прямом гидравлическом ударе при известной скорости распространения ударной волны - формула Н.Е. Жуковского . При абсолютно жестких стенках трубопровода скорость распространения ударной волны равна скорости распространения звука в воде ( = 1425 м/с).
|