Истечение через насадки. Особенности истечения. Виды насадок, расчётная зависимость.

Насадком называется патрубок или короткая труба плотно присоединённая к отверстию в тонкой стенке какого либо сосуда

Насадки различают :

1)По форме:1.Цилиндрические

2.Конические

3.Коноидальные.

2)По расположению,относительно стенок сосуда 1.Внешние

2.Внутренние

3)По затоплению:

1.Затопленные

2.Незатопленные

4)По характеру движения:

1.Установившееся

2.Неустановившееся

Определим расход Qи скорость V истечения жидкости через насадок где

Где Vc- сжатая скорость(в сжатом сечении)

Vc=V/E-коэффициент сжатия

Для насадка потерями по длине пренебрегаем При истечении из насадка подуровень в резервуаре в выражении напора истечения следует подставить в качестве геометрического напора Н_о разницу уровней в 1ом и 2ом сечениях.

18. Классификация трубопроводных систем, основные расчетные зависимости и задачи. Расчет сифонов, дюкеров, всасывающих и напорных линий, насосов.

Трубопроводы бывают:1)Простые-имеют постоянное сечение, без ответвлений и пропускают постоянный расход.2)Сложные-сеть трубопроводов с изменяющейся конфигурацией как в плане так и в профиле.

2.1)Тупиковые разветвления

2.2)Параллельные

2.3)Кольцевые

2.4)Комбинированные

Классификация трубопроводов с точки зрения протекающих по ним расходов Q

1)Сосредоточенный или узловой расход- это расход ,присоединяющийся или отделяющийся в определённой точке называются узлом Q=м³/с=л/с

2)Путевой расход(q)-т.е расход постоянного непрерывно и равномерно отбираемый по длине трубопровода [q]=н³/м;л/м

3)Транзитный расход-часть расхода, предназначенная для снабжения водой последующих участков сети

4)Расчётный расход-это тот расход жидкости, на величину которого осуществляется расход рассматриваемого участка цели

При гидравлическом расчёте сети трубопроводов обычно принимается установившееся равномерное напорное движение жидкости в круглых трубах. Соотношение удельной кинетической энергии позволяет при гидравлическом расчёте длинных трубопроводов пренебрегать значением V²/2g ,а учитывая ,что для длинных трубопроводов местные потери напора незначительны,следователно ,если p/pg=H-напор в рассматриваемом сечении относительно отметки трубопров. Гидравлический расчёт простого трубопровода сводится к решению след.задач:1)Определение разности напоров или одного из напоров в начале или конце трубопровода необходимых для пропуска расчётного расхода через трубопровод заданного сечения.2)Определение расхода жидкости, проходящего через трубопровод заданного сечения при известной разности напоров.

3)Определение необходимого диаметра трубопровода для пропуска расчётного расхода при известной разности напоров. 1.1 Гидравлический расчет всасывающей линииПринимаем скорость движения во всасывающей линии V= 2 м/сОценим диаметр из уравнения неразрывности:Q=V*S=const => По ГОСТ принимаем:dнар = 377 мм, ? = 5,0 мм ? Уточняем скорости во всасывающей линии: Определение потерь напораТрубы стальные сварные с незначительной коррозией после очистки:kэ=0,15* мRe< Re1 => турбулентный режим (зона гладких труб)Коэффициент гидравлического сопротивления ? считаем по формуле:Находим потери на трение:Находим местные потери:

фильтр ?=2,2;

задвижки ?=2*0,15

Вход в трубопровод ?=1;

колена ?=2*0,23.

Определяем суммарные потери во всасывающей линии:

19) Гидравлический удар: виды, расчетные зависимости, способы ослабления.

Гидравлический удар – это скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока за очень малый промежуток времени. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

Виды гидравлических ударов:

В зависимости от времени распространения ударной волны и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

• Полный (прямой) гидравлический удар, если t <

• Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.

Расчет гидравлического удара:

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь - длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, - скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е. Жуковского, м/с:

где - модуль объемной упругости жидкости, - плотность жидкости, - скорость распространения звука в жидкости, - модуль упругости материала стенок трубы, - диаметр трубы, - толщина стенок трубы.

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято; для стальных - 0.01; чугунных - 0.02; ж/б - 0.1-0.14; асбестоцементных - 0.11; полиэтиленовых - 1-1.45

Коэффициент для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

,

коэффициент армирования кольцевой арматурой ( - площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где - скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t3>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом

Способы ослабления:

• Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

• Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора

• Установка демпфирующих устройств

20) Расчет открытых каналов при равномерном режиме. Основные понятия, параметры, зависимости, наивыгодное сечение в скорости движения.

При равномерном течении расход Q, глубина h, а также форма и размеры поперечного сечения w остаются постоянными по длине потока. Уклон свободной поверхности жидкости I равен уклону русла i.

При расчете равномерных турбулентных течений в открытых руслах среднюю скорость течения находят по формуле Шези:

,

де V — средняя скорость потока, м/с;

C — коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления;

R — гидравлический радиус, м;

I — гидравлический уклон м/м.

Формулы для определения коэффициента Шези:

1. формула Павловского

где n — коэффициент шероховатости, характеризующий состояние поверхности русла, для случая канализационных труб принимается в диапазоне (0,012...0,015); для других случаев nbsp;— информация приведена в литературе^[1]

у — показатель степени, зависящий от величины коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

2. Формула Маннинга

,

где:

• V — средняя скорость (м/с)
• n — коэффициент шероховатости
• Rh — гидравлический радиус (м)
• I — гидравлический уклон (м/м)

21) Расчет безнапорных трубопроводов. Расчетные зависимости и примеры расчета.

Расчёт безнапорных потоков состоит в решении совместной задачи о про­пуске расхода q при допустимых скоростях потока v и геометрических уклонах i_геом днища труб, каналов и т.д. Безнапорные (со свободной по­верхностью) потоки наблюдаются в канализационных трубах, дорожных лотках, каналах; в природе — в реках, ручьях.

При расчёте безнапорных потоков вводится допущение о равно­мерном движении потока: геометрический уклон дна i_геом считается рав­ным уклону свободной поверхности (пьезометрическому уклону) и гидра­влическому уклону i . Другими словами, поверхность дна 1, свободная по­верхность потока 2 и напорная линия 3 параллельны друг другу (рис. 16). Это упрощает расчёт, так как определяя гид­равлический i, автоматически находят уклон дна i_геом. На рис. 16 в точках потока А и В напоры существуют, и их отметки могут быть за­ре­гистрированы трубками Питу соответственно Н_А и Н_В. Разность на­поров Н_А – Н_В равна линейной потере напора h_l на участке потока длиной l. Величина h_l по принятому допущению равна ∆z — разности высотных отметок дна в начале и конце участка, так как i = h_l /l , i_геом = ∆z/l, а i = i_геом.

Местные потери напора h_м возникают в безнапорных потоках так ­же, как и в напорных, в местах резкой деформации потока: на поворотах, в тройниках, крестовинах, местных сужениях и т.д. Однако в расчётах без­напорных потоков величины h_м обычно не учитывают.

При проведении гидравлического расчёта безнапорных потоков вво­дятся ограничения по скорости v (м/с), наполнению h/d (см. рис. 7,в) и уклону i_геом. Например, при расчёте канализационных труб должны быть выполнены три таких ограничения:

где d— внутренний диаметр трубы в мм.

Для расчётабезнапорныхпотоков широко применяется формула Шези:

,

где ^ R — гидравлический радиус (м); С — коэффициент Шези.

Скорость потока связана с расходом соотношением вида

v = Q/S.

Таким образом, приведённые формулы позволяют осуществлять гидрав­личе­ский расчёт любых безнапорных потоков. Обычно для расчётов используются вспомогательные таблицы или номограммы, составленные на основе формулы Шези.

Отметим, что формула Шези справедлива для потоков с турбулентным режимом. Таких потоков на практике подавляющее большинство.

22) Водосливы. Основные элементы, виды, расчетные зависимости, влияющие фильтры. Измерительные водосливы.

перегораживающая поток часть гидротехнического сооружения, через которую происходит перелив жидкости с одного уровня на другой. Водосливы имеют широкое применение в гидротехнике, а также в гидрометрии, где используются для измерения расходов воды. Теория водослива лежит в основе гидравлического расчета плотин и многих видов водоспусков.

hвб – глубина воды перед порогом водослива

H – геометрический напор, напор на водосливе

hб – бытовая глубина водослива

Δh – перепад = hвб-hб

Основные условия работы водослива – воздух или вакуум.

Классификация водосливов:

1) По толщине стенки различают:

Водосливы с тонкой стенкой

С широким порогом

Практического профиля

2) По форме:

Прямоугольные

Треугольные

Трапециаидальные

Криволинейные

3) по расположению в плане

прямолинейные

а) нормальные (лобовые)

б) косой

боковые

криволинейные

ломаные

4) по условиям работы

а) по характеру протекания воды (без бокового сжатия и с боковым сжатием)

б) по характеру протекания воды в hб (не затопленные водосливы и затопленные)

При определении расхода воды через незатопленный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия применяется формула:

где - расход воды [м³/c], - коэффициент расхода, - ширина [м], - ускорение свободного падения[м/с²], - напор [м]

Измерительные водосливы

Водосливы с тонкой стенкой, работающие в незатопленных условиях, треугольные, прямоугольные и трапециидальные являются надежными измерителями расхода. Наиболее часто используется треугольный водослив:

Трапецеидальный водослив

Пропорциональный водослив.

Для надежности результатов каждому из водосливов необходимо соблюдать следующие моменты:

1) водослив должен быть не потоплен.

2) Движение жидкости должно быть нормалью кривому водосливу

3) Поток в водосливе должен протекать прямолинейно (не допускается слияние потока, поворот и допускается турбулизация).

4) Края такого водослива должны быть заострены и фаска заострения всегда должна быть обращена внутрь

5) Ребра водослива измерителя устанавливаются горизонтально

6) Не допускается разлипание струй

7) Необходим свободный доступ воздуха под струю

Водосливы с широким порогом

Протекание жидкости через такой водослив связано с искривлением струй с широким порогом.

Расход воды через водослив с широким порогом:

Q=bV

V=φ√2g(H-h₀), где φ- коэффициент скорости

23) Фильтрация. Пористость среды, скорость фильтрации, определение коэффициента фильтрации и основной закон фильтрации. Приток к колодцам и галереям.

Фильтрацией называется движение жидкости или газа через пористую среду (слой кусковых и зернистых материалов). Фильтрационным расходом Q называется объем жидкости, протекающей через рассматриваемое поперечное сечение пористой среды w за единицу времени. Скорость фильтрации:

W= Q/w – отношение фильтрационного расхода к площади поперечного сечения пористой среды.

Пористостью (коэффициентом пористости материала) p называется отношение объема пор ко всему объему, занимаемому средой:

p= (V1-V2)/V1

V1 – полный объем зернистого материала;

V2 – суммарный объем твердых частиц

Скорость фильтрации W связана с истинной скоростью движения жидких частиц в порах фильтрующей среды u соотношением

W=up

Так как p<1, то скорость фильтрации всегда меньше истинной скорости течения.

Основной закон фильтрации – закон Дарси.

W= K(ΔH/Δl)KI,

Где I – гидравлический уклон, соответствующий потере напора ΔH при движении жидкости через грунт на длине Δl; К- коэффициент фильтрации. Таким образом скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому уклону. Расход жидкости при фильтрации

Q=wKI=wKH/l

Коэффициент фильтрации (К) определяется по формуле:

K=cd_e²g/v,

с- безразмерный коэффициент, зависящий от пористости грунта

d_e – эффективный диаметр частиц пористой среды;

v – кинетическая вязкость жидкости.

Или К=(ρg/μ)k_пр, k_пр – коэффициент проницаемости, характеризующий фильтрационные свойства среды, независимо от рода жидкости, м².

В совершенном колодце при безнапорном водоносном горизонте приток воды (дебит колодца) определяют по формуле:

где Q - приток воды в колодец, м3/с; К - коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/с; H - мощность водоносного слоя, м; h - глубина пониженного уровня воды у стенок колодца, приближенно равна глубине воды в колодце; R - радиус воронки понижения от центра колодца, м; r - радиус внешней окружности трубы колодца, м.
Радиус воронки понижения, или радиус действия (рис. 73), можно определить по эмпирической формуле:

Приток воды к несовершенным колодцам определяют по формуле:

где T - расстояние от уровня воды в колодце до подстилающего водоупорного слоя, м; остальные обозначения те же, что в формуле (121).

Приток воды к совершенной галерее, заложенной в безнапорном пласте, отнесенный к I м его длины (единичный расход) с одной стороны, определяется формулой:

м³/с, (3.42)

где q – дебит, м³/с;

k – коэффициент фильтрации, м/сут.;

H – мощность водоносного горизонта, м;

h – расстояние от водоупора до уровня воды, м;

R – радиус влияния, м.