Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

  

Строительство. Строительные машины

экскаваторыУниверсальные одноковшовые строительные экскаваторы


Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Основы гидродинамики

 

 

Гидродинамика—раздел гидромеханики, в котором изучаются движение несжимаемых жидкостей и взаимодействие их с твердыми телами.

Поток жидкости — это часть неразрывно движущейся жидкости, ограниченная твердыми деформируемыми или недеформируемыми стенками, образующими русло потока. Потоки, имеющие свободную поверхность, называются безнапорными. Потоки, не имеющие свободной поверхности, называются напорными. Живым сечением потока называется поверхность в пределах потока, нормальная в каждой своей точке к соответствующей линии тока (или осреднениой местной скорости). В гидравлике обычно принимают за живое сечение площадь плоскости, нормальную к направлению средней скорости потока и ограниченную стенками трубки или русла.

Периметр живого сечения, по которому поток соприкасается с руслом, называется смоченным периметром.

Расход жидкости—это объемное или массовое количество жидкости, проходящей через живое сечение потока в единицу времени.

В практических расчетах применяют так называемую среднюю скорость потока: при этом подразумевают скорость, перемещаясь с которой, частицы жидкости обеспечивали бы тот же самый расход Q, который имеет место при реальном распределении скоростей, т. е.

где vtp—средняя скорость потока жидкости;   Q—расход потока; ю — живое сечение потока.

Для измерения местных скоростей в точках живого сечения безнапорного потока жидкости применяют гидродинамическую трубку Пито ( 13), которая представляет собой изогнутую под прямым углом трубку. Устанавливают такую трубку открытым концом отогнутой части навстречу потоку так, чтобы центр потока совпал с точкой потока, в которой определяют скорость движения жидкости. Гидравлические сопротивления. Потери энергии (уменьшение гидравлического напора) можно наблюдать в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках, но и на коротких. В одних случаях потери напора распределяются (иногда равномерно) по длине — это гидравлические путевые потери; в других — они сосредоточиваются на очень коротких участках, длиной которых можно пренебречь, — на так называемых местных гидравлических сопротивлениях (например, вентилях, всевозможных закруглениях, сужениях, расширениях).

 


 

Следует заметить, что потери напора по длине и в местных гидравлических сопротивлениях существенным образом зависят от так называемого режима движения жидкости. Еще Д. И. Менделеев заметил, что жидкости, перемещаясь в трубах и каналах, в одном случае сохраняют определенный строй своих частиц, в других — перемещаются бессистемно. Исчерпывающие опыты по этому вопросу были проведены английским фи-

зиком О. Рейнольдсом в 1883 г. На рис, 14 изображена установка, аналогичная той, на которой Рейнольде производил своя опыты. Из резервуара 1 жидкость по прозрачной трубе 2 при открытом вентиле 4 выливается в атмосферу. Над резервуаром помещен сосуд 5 с подкрашенной жидкостью, которая по трубке б, оканчивающейся соплом, вводится в стеклянную трубу 2. При малом открытии вентиля 4 поток в стеклянной трубе будет перемещаться с малой скоростью. Если теперь пустить подкрашенную жидкость 3 в поток, то последняя будет перемещаться, не смешиваясь с потоком. Это создает впечатление, что отдельные слои жидкости при малых скоростях движения перемещаются независимо, обособленно один от другого. Наблюдается послойное движение жидкости, которое называется ламинарным.

Движение потока остается стройным только до определенной величины открытия вентиля 4, т. е. до определенной скорости движений жидкости в прозрачной трубе, после чего слоистое течение жидкости нарушается и движение становится беспорядочным — турбулентным. Скорость, при которой нарушается слоистое движение жидкости, называют критической.

Распределение скоростей при ламинарном и турбулентном течении жидкости а круглой трубе. При ламинарном течении максимальная скорость находится на оси трубы. У стенок трубы скорость равна нулю, так как частицы жидкости покрывают внутреннюю поверхность трубы тонким неподвижным слоем. От стенок трубы к ее оси скорости нарастают плавно. График распределения скоростей по поперечному сечению потока представляет собой параболоид вращения, а сечение параболоида осевой плоскостью— квадратичную параболу ( 15, а).

При турбулентном режиме движения в трубах ( 15, 6) в тонком пристенном слое толщиной 5 жидкость течет в ламинарном режиме, все остальные слои перемещаются в турбулентном режиме и называются турбулентным ядром. Таким образом, строго говоря, турбулентного движения в чистом виде не существует. Оно сопровождается ламинарным движением у стенок, хотя слой с ламинарным режимом весьма мал по сравнению с турбулентным ядром.

Кавитация жидкости. Кавитация—это явление разрыва потока жидкости при резких изменениях давления (при давлении, стремящемся к нулю). При этом в жидкости образуются пустоты в виде пузырьков. Явление кавитации отрицательно сказывается на работе гидравлического привода, особенно в высокооборотных гидронасосах, вызывая ударные нагрузки на поршень или прекращая поступление жидкости в насос. Давление, при котором возникает кавитация рабочей жидкости гидросистем, лежит в пределах от нуля до 0,9 кгс/см2.

Скорость передачи гидравлического импульса. При резком изменении управляющего сигнала регулятора возникает импульс, который начинает перемещаться вдоль трубы. Скорость передачи гидравлического импульса в жидкости равна примерно 1000 мм/с. При такой малой скорости динамические характеристики гидроприводов могут ухудшаться, так как движение вала гидромотора начнется позже подачи импульса. Особенно это заметно в гидроприводах с длиной основной гидролинии более 2 м. Поэтому гидролинии, соединяющие гидрораспределитель с гидродвигателем, должны быть как можно короче.

Потери давления в трубопроводах. Потери давления в трубах при ламинарном режиме течения пропорциональны скорости потока. При турбулентном режиме течения потери выражаются через квадрат скорости потока

Кроме потерь на трение по длине, в прямой трубе в гидравлической сети имеются потери давления, связанные с внезапным расширением, с потерей давления на клапанах или дроссельных щелях.

Внезапное расширение трубы. Если труба имеет внезапное расширение, то скорость потока на участке расширения падает с с, до У2. ПОТОК СО скоростью v, ударяется о столб жидкости, который движется с меньшей скоростью v2. В результате удара жидкость завихряется, что приводит к потере ею энергии и, следовательно, давления.

Изгибы  труб  и  ответвления

Коэффициент местных потерь зависит от угла изгиба трубы ( 18), По формуле (14) также определяют потери давления в ответвлениях. Значения коэффициентов потерь для различных случаев ответвлений даны на  19, а. Коэффициент местных потерь для таких труб зависит от радиуса их изгиба и диаметра ( 19, б). Потери по длине гидролинии равны сумме потерь на каждом последовательно включенном сопротивлении. Иногда при расчете систем трубопроводов или маслопроводов с большим числом местных сопротивлений потери напора в них вычисляют по их эквивалентным длинам (табл. 2). Длиной, эквивалентной данному местному сопротивлению, считается такая длина прямой трубы (того же диаметра, что и номинальный диаметр рассчитываемого трубопровода), гидравлические потери в которой равны потерям в данном сопротивлении. В результате такой замены все местные сопротивления в системе устраняются, а длины труб соответственно увеличиваются. Далее рассчитывают только прямолинейный трубопровод.

Расход жидкости через капиллярные щели определяют без учета уменьшения расхода вследствие облитерации, т. е. заращивания с течением времени сечения щели. Это явление наблюдается при протекании даже тщательно очищенных жидкостей за счет адсорбции поляризованных молекул.

Если номинальный зазор щели равен сумме толщин адсорбированных слоев или меньше ее, может произойти полное заращивание щели (полная облитерация). Облитерирован-ный слой обладает твердостью, поэтому при гтолной облитерации требуется приложить достаточно большое усилие, чтобы сдвинуть с места, например, плунжер. При неполной облитерации уменьшение расхода происходит до определенного значения. Гидравлический удар в трубопроводах. Если при движении жидкости по длин гаму трубопроводу из резервуара 1 ( 20) в резервуар 4 быстро закрыть задвижку 3, то по инерции жидкость некоторое время будет перемещаться в прежнем направлении, создавая у задвижки зону .повышенного давления. Величина повышенного давления, иногда во много раз превосходящая нормальное давление (давяение до закрытия задвижки), называется величиной гидравлического удара, а сам процесс резкого повышения давления  называется  положительным  гидравлическим ударом.

Впервые процесс гидравлического удара в 1899 г. подробно описал выдающийся русский ученый Н. Е. Жуковский, отметив при этом четыре фазы гидравлического удара. Первая фаза. Допустим, что задвижка 3 мгновенно закрылась. Частицы жидкости у задвижки остановились, а вся жидкость, находящаяся в трубе 2, продолжает перемещаться с прежней скоростью. С течением времени начнут останавливаться и частицы жидкости, находящиеся слева от задвижки, т. е. иными словами, фронт остановившейся жидкости будет перемещаться от задвижки к резервуару 1. Рассмотрим этот фронт в сечении а—о. В остановившемся объеме между задвижкой и сечением о—а возникнет дополнительное давление АР,  называемое величиной  гидравлического удара.

Итак, слева от сечения а—о жидкость находится под прежним нормальным давлением Р и движется вправо со скоростью v,. Справа от сечения а—о жидкость неподвижна и испытывает давление Р + ДР. Фронт сжатия от сечения а—о быстро перемещается в сторону резервуара. Скорость перемещения этого фронта называется скоростью распространения ударной волны. Описанный процесс послойного сжатия будет продолжаться до тех пор, пока ударная волна не дойдет до стенок резервуара 1. Этим заканчивается первая фаза гидравлического удара. В конце этой фазы вся жидкость в трубе неподвижна, сжата и находится под давлением Р + ДР. Часть жидкости из резервуара 1 вошла s трубу. Вторая фаза. Жидкость в трубе 2 сжата. Если отпустить поршень в насосе при перекрытом отверстии, то воздух, расширяясь, заставит перемещаться поршень вверх; в самом цилиндре при этом начнется движение газа вверх в сторону поршня. Точно так же и жидкость в трубе, расширяясь, заставит свои частицы перемещаться в сторону резервуара. Сначала придут в движение слои жидкости поблизости от резервуара, а затем и более отдаленные, т. е. фронт о—о спада давления до нормального станет теперь перемещаться от резервуара к задвижке. К концу второй фазы вся жидкость в трубе будет перемещаться со скоростью v в сторону резервуара, а давление в трубе восстановится до нормального. Третья фаза. Начало третьей фазы характерно тем, что жидкость в трубе перемещается в сторону резервуара со скоростью v и по инерции старается оторваться от задвижки 3.

У задвижки возникает слой жидкости, в котором давление на величину ДР меньше нормального. Теперь фронт а—о пониженного давления перемещается в сторону резервуара: слева от него давление нормальное, скорость направлена влево, справа жидкость неподвижна, давление в ней на ДР меньше нормального.Третья фаза заканчивается приходом фронта о—а к резервуару.

Четвертая фаза. Начало четвертой фазы характеризуется тем, что давление у входа в трубу со стороны резервуара нормальное, т. е. равно Р, а со стороны трубы — меньше нормального на ДР, т. е. равно Р—ДР. Неуравновешенное состояние приводит к тому, что жидкость из резервуара начинает вливаться в трубу со скоростью v, повышая давление в последней до нормального. Итак, фронт нормального давления а—о теперь перемещается в сторону задвижки. Как и прежде, скорость перемещения слоя а—о равна скорости распространения ударной волны. К концу четвертой фазы скорость во всей трубе равна v, а давление нормальное.

Так как задвижка закрыта, то, начиная с конца четвертой фазы, процесс гидравлического удара повторяется. Часть энергии жидкости при гидравлическом ударе переходит в тепло, поэтому размах колебаний давления ДР с течением времени затухает и процесс прекращается.

 

К содержанию книги: «Одноковшовые экскаваторы»

 

Смотрите также:

 

Строительные машины  Строительные машины и их эксплуатация   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Автомобиль МАЗ 5335 и его модификации   Грузовые автомобили ЗИЛ   Энциклопедия техника   История техники 

 

Строительные машины

Общие сведения о строительных машинах

1.1. Требования, предъявляемые к строительным машинам

1.2. Основы классификации строительных машин и оборудования

1.3. Общая характеристика приводов и силового оборудования строительных машин

1.5. Ходовое оборудование строительных машин

1.6. Системы управления строительных машин

1.7. Унификация, агрегатирование и стандартизация строительных машин

1.8. Технико-экономические показатели строительных машин

Транспортные, транспортирующие и погрузочно-разгрузочные машины

2.2. Грузовые автомобили, тракторы, пневмоколесные тягачи

2.4. Конвейеры

2.5. Установки для пневматического транспортирования материалов

2.6.  Погрузочно-разгрузочные машины

Грузоподъемные машины

3.1. Назначение и классификация

3.2. Домкраты

3.3. Строительные лебедки

3.4. Подвесные лебедки (тали и электротали)

3.5. Строительные подъемники

3.6. Мачтовые и мачтово-стреловые краны

3.7. Башенные краны

3.8. Стреловые самоходные краны

3.9. Козловые, мостовые и кабельные краны

3.10. Эксплуатация грузоподъемных машин

Машины для земляных работ

4.1. Общая характеристика рабочего процесса. Классификация машин для земляных работ

4.2. Землеройные рабочие органы и их взаимодействие с грунтом

4.3. Экскаваторы

4.4. Землеройно-транспортные машины (ЗТМ)

4.5. Машины для подготовительных работ

4.6. Бурильные машины и оборудование

4.7. Оборудование гидромеханизации

4.8. Грунтоуплотняющие машины

 Машины и оборудование для свайных работ

5.1. Способы устройства свайных фундаментов

5.2. Машины и оборудование для погружения забивных свай

 Машины для дробления, сортировки и мойки каменных материалов

6.1. Машины для дробления каменных материалов

6.2. Машины для сортировки каменных материалов

6.3. Машины для мойки каменных материалов

Машины и оборудование для приготовления, транспортирования бетонов и растворов и уплотнения бетонных смесей

7.1. Типы, основные параметры и конструктивные схемы бетоносмесителей циклического и непрерывного действия

7.2. Машины для транспортирования бетонных смесей и растворов

7.3. Комплекты машин для укладки и распределения бетона и отделки его поверхности

7.4. Оборудование для уплотнения бетонной смеси

Ручные машины

 Машины для отделочных работ

9.1. Машины для штукатурных работ

9.2 Машины для малярных работ

9.3. Машины для устройства полов, кровель и выполнения гидроизоляционных работ




Rambler's Top100