Рис. 2.1. Живое сечение равномерного потока
Средняя скорость u определяется из равенства
u=Q/s. (2.6)
Уравнение неразрывности для потока несжимаемой жидкости имеет вид
Q = u 1 s1 = u2s2, (2.7)
где u 1, u2 — средние скорости в сечениях 1 - 1 и 2 - 2.
Уравнение Бернулли для элементарной струйки вязкой несжимаемой жидкости при установившемся движении в поле силы тяжести имеет вид
(2.8)
где z1, z2 - расстояния от центров выбранных живых сечений 1 — 1 и 2 — 2 до некоторой произвольной горизонтальной плоскости z = 0 (рис. 2.2); u1, u2 - скорости; P1,P2 -давления в этих сечениях; h1-2 — потери напора на участке между выбранными сечениями.
Уравнение Бернулли выражает собой закон сохранения механической энергии. Величина
(2.9)
называется полным напором и представляет собой удельную (приходящуюся на единицу силы тяжести) механическую энергию жидкости в рассматриваемом сечении; z — геометрический напор или удельная потенциальная энергия положения; p/(rg) — пьезометрический напор или удельная потенциальная энергия давления; u2/(2g) - скоростной напор или удельная кинетическая энергия; h1-2 — потери напора, т.е. часть удельной механической энергии, израсходованной на работу сил трения на участке между сечениями 1 — 1 и 2 — 2 (см. рис. 2.2).
|
|
В случае идеальной жидкости h1-2 =0.
Для плавно изменяющегося потока при установившемся движении вязкой несжимаемой жидкости в поле силы тяжести уравнение Бернулли имеет вид
(2.10)
где p1, p2 — давления в произвольно взятых точках сечений 1 — 1 и 2 — 2 скоординатами z1 и z2 соответственно (обычно берутся точки на оси потока); u 1, u2 — средние скорости в этих сечениях; а1, а2 — коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей частиц жидкости в сечениях; при течении по круглой цилиндрической трубке a = 2 для ламинарного режима течения и a» 1,1 — для турбулентного; при решении практических задач обычно принимается a = 1.
При использовании уравнения Бернулли (2.8) или (2.10) необходимо иметь в виду, что номера сечений возрастают в направлении течения жидкости. В качестве расчетных выбираются такие сечения (струйки), в которых известны какие-либо из величин u 1, u2 (u1, u2) и р1, р2.
Плоскость z = 0 бывает удобно располагать таким образом, чтобы центр одного из выбранных сечений потока лежал в этой плоскости.
Потери напора h1-2, отнесенные к единице длины трубопровода, называются гидравлическим уклоном:
(2.11)
В случае равномерного движения несжимаемой жидкости
i = hl-2 / l, (2.12)
где l — расстояние между выбранными сечениями.
При движении жидкости по трубопроводу различают два вида потерь напора: потери по длине трубопровода h д и потери в местных сопротивлениях h м. К потерям по длине относят потери на прямолинейных участках трубопровода, а к потерям на местных сопротивлениях — потери на таких участках трубопровода, где нарушается нормальная конфигурация потока (внезапное расширение, поворот, запорная арматура и т.д.).
|
|
1. Что называется линией тока?
2. Может ли жидкость протекать сквозь боковую поверхность трубки тока?
3. Что называется живым сечением потока?
4. Чем отличается уравнение Бернулли для струйки тока от уравнения Бернулли для потока?
5. Что такое гидравлический уклон?
6. Как определяется средняя скорость потока?
7. Какая связь между объемным, массовым и весовым расходами?
8. Как изменяются по длине неравномерного потока несжимаемой жидкости расход и средняя скорость?