Жидкость (стр. 12 )

43. Свободная незатопленная струя, дальность полета и характер распада Струя, вытекающая под давлением в атмосферу и не ограниченная какими-либо стенками (так называемая «свободная струя») возле отверстия, из которого она вытекает, является практически монолитной, а затем постепенно превращается в поток отдельных капель. В гидродинамике выделяют 3 стадии развития свободной струи. 1.Компактная стадия начинается возле отверстия, через которое истекает жидкость, и продолжается на некотором расстоянии от него. Обычно это расстояние составляет от нескольких сантиметров до метра с небольшим и зависит от множества условий, среди которых не только скорость истечения и вызвавший её перепад давлений, но и вязкость жидкости, сила её поверхностного натяжения, а также сопротивление внешней среды (воздуха). На протяжении компактной части струя сохраняет свой средний диаметр практически неизменным. 2.Раздробленная стадия характеризуется началом разделения струи на отдельные очень мелкие капли, однако они не разлетаются далеко, а продолжают «сопровождать» ядро струи. При этом значительная часть струи остаётся компактной и сохраняет монолитность, но по мере удаления от начала струи кажется, что ядро струи слегка сужается. Длина раздробленной части обычно примерно равна или несколько меньше длины компактной части струи. 3.На распылённой (капельной) стадии струя уже представляет собой расширяющийся поток отдельно летящих капель — в центре более крупных, по краям более мелких. Постепенно под действием воздуха крупные капли дробятся до тех пор, пока силы поверхностного натяжения не смогут компенсировать разрывающее воздействие скоростного напора воздуха.

Длина первого участка струи составляет около (диаметр выходного отверстия насадки), второй находится в пределах 80…33(третий начинается на расстоянии от сопла свыше 3. Для струй низкого давления характерны гладкая поверхность и прозрачность на начальном участке. На определенном расстоянии от насадки на поверхности струи образуются волны, амплитуды которых нарастают по длине струи, в результате происходит отрыв отдельных капель, а затем дробление на капли всего объема воды и далее - факельное распыление раздробленной струи. Поэтому в свободной незатопленной струе выделяют участки компактного движения, дробления и распыления. Характер распада струи, описанный выше, называют волновым. При увеличении начальной скорости струи длина компактного участка уменьшается. В струях высокого давления компактный участок практически отсутствует. В этом случае характер распада струи определяется как турбулентный распыл.

44. При конструировании и эксплуатации центробежных насосов пользуются законами их подобия и в первую очередь законом подобия рабочих колес этих насосов. Различают геометрическое к кинематическое подобие рабочих колес. Геометрическое подобие рабочих колес означает пропорциональность всех соответственных размеров их проточной части (диаметра, ширины лопаток, радиусов кривизны лопаток и т. п.). Кинематическое подобие предполагает одинаковые направления векторов скорости в сходственных точках потоков. На практике часто возникает необходимость пересчета на другую частоту вращения насоса. Это может быть замена двигателя или осуществление регулирования подачи изменением частоты вращения. Зависимости создаваемого насосом напора и расхода от числа оборотов могут быть выведены из соответствующих теоретических зависимостей для скорости и напора. При необходимости Вы можете обратиться к рекомендуемой литературе, а сейчас попробуем получить эти уравнения из простых логических рассуждений. Прежде всего, расход определяется скоростью движения жидкости или просто скоростью движения кромки лопасти и площадью живого сечения рабочего колеса. Скорость численно равна произведению угловой скорости на радиус  W = w * R.  Площадь живого сечения (площадь сечения для прохода жидкости) – геометрическая характеристика колеса и не зависит от числа оборотов. Радиус лопаток также не изменяется. Следовательно мы получаем зависимость расхода и оборотов вала насоса Q / Q1 = n / n1, где n и n1 – новое и исходное числа оборотов соответственно; Q и Q1 – новый и исходный расходы (при старом числе оборотов). Аналогичные рассуждения можно привести для напора. Для этого необходимо вспомнить, что создаваемый напор определяется кинетической энергией жидкости. Кинетическая энергия в свою очередь пропорциональна квадрату скорости, а значит:  H ~ n2. Н / Н1 = n2 / n12 Учитывая, что полезная мощность рассчитывается как  N = g * Q * H, получим N / N1 =  (Q * H) / (Q1 * H1) =n3 / n13

Замечание. При изменении числа оборотов изменяется и расход и напор. В связи с этим, при построении новой характеристики каждой точке старой характеристики будет соответствовать точка на новой характеристике с иными напором и расходом. Недопустимо строить новую характеристику только по одному из приведенных выше уравнений для напора или расхода. При изменении числа оборотов, каждая точка на старой характеристике будет смещаться по вполне определенной траектории, которая называется параболой подобия. Парабола подобия может быть построена при необходимости по простой зависимости: Н / Н1 = n2 / n12 = Q2 / Q12 Преобразуя получим:  Н = (Н1 / Q12) * Q2

45. (49) Гидравлический удар, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытии задвижки. В первом случае удар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. Г. у. — сложный процесс образования упругих деформаций жидкости и их распространения по длине трубы. При очень большом увеличении давления Г. у. может вызывать аварии. Для их предупреждения на трубопроводе устанавливают предохранительные устройства (уравнительные резервуары, воздушные колпаки, вентили и др.). Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов 1. для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр. 2. увеличивать время закрытия затвора 3.Установка демпфирующих устройств Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

Как упоминалось ранее, явление гидравлического удара может быть использовано для подъема воды специальным устройством, называемым гидравлическим тараном Гидравлический таран состоит из подводящего трубопровода А, обычно имеющего небольшую длину, рабочей коробки В с двумя клапанами С и Д, и воздушного колпака Е с нагнетающим трубопроводом F, подающим воду в резервуар К. Ударный клапан С открывается под действием собственного веса. При его открытии через подводящий трубопровод А под небольшим напором Н1 начинает поступать вода, которая вытекает через открытый клапан С. Вследствие увеличения силы воздействия вытекающий с нарастающей скоростью воды на ударный клапан он закрывается и скорость потока в трубопроводе падает до нуля. В связи с внезапной остановкой потока в подающем трубопроводе и рабочей коробке произойдет гидравлический удар с резким повышением давления. Под влиянием этого давления открывается нагнетательный клапан и часть воды поступит в воздушный колпак Е, сжимая имеющийся там воздух, который вытеснит часть воды в напорной трубопровод F, подняв ее на высоту H2 в резервуар К. После ухода части воды в воздушный колпак давление в рабочей коробке уменьшится и ударный клапан С под действием собственного веса откроется. При этом вода снова начнет выливаться через клапан С, а нагнетательный клапан Д закроется под действием силы давления воздуха в воздушном колпаке Е. Затем происходит повторение процесса: снова произойдет закрытие ударного клапана С и открытие нагнетательного клапана Д и т. д. Таким образом, происходит непрерывное повторение рассмотренного процесса подачи воды. Поступающий из напорного резервуара расход воды Q затрачивается в основном на излив воды Q1 через клапан С и создание давления на этот клапан, при котором он закрывается. Этот первый период работы гидравлического тарана называется разгонным периодом. Второй период его работы называется ударным, когда после закрытия клапана С произойдет гидравлический удар и в рабочей коробке появится повышенное (ударное) давление, соответствующее напору Н > Н1. Третий период называется рабочим. В течение этого периода вода из воздушного колпака будет поступать через напорный трубопровод F с расходом Q2 в резервуар К под давлением воздуха на высоту Н2. Напор Н1 обычно равен 1,5—5 м, а высота нагнетания Н2 от 15 до 40 м. При этом подача расхода Q2 = (0,4...0,07) Q, где Q= Q1+ Q2. Выпускаемые промышленностью гидравлические тараны могут поднимать воду на высоту до 60 м с расходом до 20—22 л/мин. Они очень просты в эксплуатации и могут беспрерывно работать длительное время, снабжая водой потребителей. Известны мощные тараны, производительность которых достигает 150 л/с.

46. Фильтры служат для очистки рабочей жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних частиц, попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях, при заливке и доливке рабочей жидкости в гидробак и т. д.), из продуктов износа гидроагрегата и продуктов окисления рабочей жидкости. Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к заклиниванию подвижных пар, ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода, снижают химическую стойкость рабочей жидкости, засоряют узкие каналы в регулирующей гидроаппаратуре. Примеси задерживаются фильтрами (рис.7.3), принцип работы которых основан на пропуске жидкости через фильтрующие элементы (щелевые, сетчатые, пористые) или через силовые поля (сепараторы). В первом случае примеси задерживаются на поверхности или в глубине фильтрующих элементов, во втором рабочая жидкость проходит через искусственно создаваемое магнитное, электрическое, центробежное или гравитационное поле, где происходит оседание примесей. Гидравлическое сопротивление фильтра - Падение давления на фильтре при прохождении через него фильтруемой жидкости. Гидравлическое сопротивление фильтра (Rф)определяется как сумма гидравлических сопротивлений фильтродержателя (Rдф), фильтровальной перегородки (Rфп) и слоя осадка (Rос), образовавшегося на фильтровальной перегородке в процессе фильтрации. Гидравлическое сопротивление фильтра зависит от производительности фильтрации. В фильтре происходит задержка молекул гидравлической жидкости на стенках канала, которая приводит к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению скорости течения. Гидродинамическое сопротивление растёт за счёт снижения общей площади пор фильтрующего материала. Итог: У фильтров есть три главные характеристики. 1. Степень отсева - это минимальный размер частиц, который задерживает фильтр. Все частицы меньшего размера через него проходят. 2. Гидродинамическое сопротивление. Это падение давления при прокачивании через него воздуха (или жидкости для масляного фильтра) с расходом, соответствующим максимальному для данного двигателя. 3. Ёмкость. Это количество загрязнителя, которое фильтр может аккумулировать в себе при условии, что сопротивление ещё лежит в пределах допуска.