Рух води в руслі каналу.
Відкриті русла можуть бути природними або штучними.
До природних відкритим руслах відносяться річки та струмки, до штучних -канали, безнапірні труби (наприклад, дренажні), гідротехнічні тунелі іт. д.
Особливість руху у відкритому руслі полягає в тому, що потік тутобмежений не з усіх сторін, а має вільну поверхню, всі крапкиякої знаходяться під впливом однакового зовнішнього тиску
(атмосферного). Рівномірний рух рідини у відкритих каналах або втрубопроводах з частково заповненим поперечним перерізом встановлюється,коли геометричний ухил трубопроводу або дна каналу має постійнезначення по всій довжині і форма поперечного перерізу не змінюється.
Шорсткість стінок каналу також повинна мати постійне значення.
При зазначених умовах можливе існування рівномірного руху.
Однак для реалізації рівномірного руху необхідно ще, щобпоперечний переріз потоку в каналі було також постійним по всій довжиніканалу.
Слід зазначити, що безнапірні рух води представляє значнобільш складне явище в порівнянні з напірним рухом, тому що наявністьвільної поверхні потоку призводить до зміни площ живих перетинів подовжині останнього навіть при незначних перешкоди. Це вимагаєрозгляду процесів образу-освіти, змушує в деяких випадкахрахуватися з впливом сил поверхневого натягу і т. п.
При гідравлічних розрахунках відкритих каналів і безнапірних трубопроводівставиться завдання визначення швидкості руху рідини в каналі, площіперетину і найвигіднішою форми каналу.
При рівномірному русі рідини у відкритому руслі гідравлічний iГ іпьезометріческій IП ухили, а також ухил дна русла IП рівні між собою: iГ = IП = iд (5. 29)
З урахуванням рівності (5. 29) відкриті канали і безнапірні трубопроводирозраховуються за формулами, які були виведені раніше для напірнихтрубопроводів (формули Шезі і Павловського). Значення коефіцієнташорсткості п для широкого діапазону умов наведено у додатку 2.
Як випливає з формули Шезі, канал буде мати найвигіднішою формою,якщо при заданої площі поперечного перерізу він буде мати найменшийзмочений периметр. При цьому канал буде забезпечувати найбільший витрата.
Найбільш вигідними профілями каналів є коло і півколо. На практицічастіше застосовуються канали трапецеїдальної форми, оскільки в грунтінапівкругле перетин досить важко.
Більш докладні відомості про рух води у відкритих руслах можнапочерпнути в спеціальній літературі.

Місцеві опору

Під час руху реальної рідини крім втрат на тертя по довжині потокуможуть виникати і так називають мі місцеві втрати напору. Причина останніх,наприклад в трубопроводах, - різного роду конструктивні вставки: коліно 3,трійники 2, звуження і розширення трубопроводу, засувка 1, вентилі і т. п.,необхідність застосування яких пов'язана з умовами споруди таексплуатації трубопроводу.
Місцеві опору викликають зміна швидкості руху рідини позначенням (звуження і розширення), напрямку (коліно) або значенням і.
Напрямку одночасно (трійник), тому часто вказують на деякуаналогію між явищами, які спостерігаються в місцевих опорах, і ударом втвердих тілах, який з механічної точки зору також характеризуєтьсяраптовою зміною швидкості.
На практиці місцеві втрати hмп визначають за формулою Вейсбаха

де? ( «Дзета») - безрозмірний коефіцієнт, що називається коефіцієнтоммісцевого опору (значення? встановлюють дослідним шляхом);? --середня швидкість руху рідини в перетині потоку за місцевимопором.
Якщо з якихось міркувань втрату напору бажано виразити черезшвидкість перед місцевим опором, необхідно виконати перерахуноккоефіцієнта місцевого опору. Для цієї мети використовують співвідношення
? 1 /? 2 - (s1/s2) 2, де? 1,? 2 - коефіцієнти місцевих опорів,відповідні перетинах s1 і s2.

У деяких випадках втрати напору в місцевих опорах зручновизначати за так званою еквівалентної довжини - довжині прямої ділянкитрубопроводу даного діаметру, на якій втрата напору на тертя hТР дорівнює
(еквівалентна) втрати напору hмп, визи ваемой відповідним місцевимопором. Еквівалентна довжина LЕ може бути знайдена з рівностівтрати напору по довжині, що визначається за формулою Дарсі-Вейсбахаhтр =? (LЕ/d) [v2/(2g)], і місцевих втрат напору, що враховуються формулою
Вейсбаха hм.п. =? [V2/(2g)].
Прирівнюючи праві частини цих формул, знаходимо

LЕ = (?/?) d.

Додавання втрат напору

У багатьох випадках при русі рідин одночасно спостерігаються втратинапору на тертя по довжині і місцеві втрати напору. У цих випадках повнавтрата напору визначається як арифметична сума втрат усіх видів.
Наприклад, повна втрата напору в трубопроводі довжиною L, діаметром d,що має? місцевих опорів,

Вираз, що стоїть в дужках, називають коефіцієнтом опорусистеми і позначають через? сист. Таким чином,

Місцеві опору можна замінити еквівалентними їм довжинами. У, що розглядається, еквівалентна довжина, що відповідає всім? місцевимопорам

(*)

Тоді, позначаючи L + LЕ = LП, можна визначати суму втрат за формулою
Дарсі-Вейсбаха. Для цього в неї замість дійсної довжини трубопроводу Lвводять наведену довжину LП. Таким чином,

(**)

Формули (*) і (**) зазвичай використовують при гідравлічному розрахункутрубопроводів.

графоаналітичних методи розрахунку трубопроводів

При гідравлічному розрахунку трубопроводів широко використовуютьграфоаналітичних методи. Їх застосування значно полегшує і спрощуєрішення деяких складних задач, а в окремих випадках (наприклад, придослідженні спільної роботи декількох відцентрових насосів на одинзагальний трубопровід) є єдиним можливим прийомом, що дозволяєотримати шукане рішення.
Припустимо, що в простому випадку є трубопровід діаметром d ідовжиною L і по ньому перекачується рідина, кінематична в'язкість?якої відома. Втрати напору в даному трубопроводі перед ставляют собоюфункцію тільки витрат рідини, тобто? H = f (Q).
Зобразимо цю залежність графічно:

Для цього, довільно ставлячи собі поруч значень Q обчислимовідповідні їм значення втрат напору? Н і відкладемо (у масштабі) по осіабсцис значення Q, а по осі ординат - обчислені значення? H. Поєднавшиотримані точки плавною лінією, отримаємо криву з зміни втрати напорув трубопроводі в залежності від витрати. Цю криву називаютьхарактеристичної кривої, або гідравлічної характеристикою трубопроводу.
У загальному випадку характеристична крива тру проводи складається зокремих ділянок різної форми - прямолінійного ділянки для ламінарногорежиму (при малих Re) і параболічної кривий для турбулентного режиму (вобласті великих Re), у свою чергу складається з ділянок різної крутизни
(тобто парабол з різними показниками ступеня) у різних зонах цьогорежиму.
Розглянемо побудову характеристик для більш складних трубопроводів. Дляпростоти будемо вважати що вони лежать в одній горизонтальній площині.
При послідовному з'єднанні трубопроводів; попередньо будуютьхарактеристики окремих послідовно включених ділянок.

На рис. зображені характеристики I, II, III ділянок відповідно 1,
2, 3. Тому що при послідовному з'єднанні втрати напору підсумовують,складемо криві I, II, III по вертикалі. Для цього проведемо ряд прямих,паралельних осі ординат. Кожна з них перетне ці криві. Складемоординати точок перетинів цих прямих з кривими. Отримаємо ряд точок - а, b,с, ..., принале-службовців нової кривої I + II + III, яка представляєсобою шукану суммар-ву характеристику всього розглянутоготрубопроводу.
При паралельному з'єднанні також перш за все слід побудуватихарактеристики окремих паралельно включених ділянок.

Нехай криві II, III, IV - такі характеристики ділянок 2, 3, 4. Як вжевказувалося, при паралельному з'єднанні загальна витрата визначається яксума витрат в окремих паралельно включених ділянках. Втрати напору вних однакові, а повні втрати напору визначаться як втрата напору в одномуз перерахованих ділянок. Для побудови сумарної характеристикинеобхідно провести ряд горизонтальних прямих, паралельних осі абсцис, іскласти при постійних ордината абсциси точок їх перетину зхарактеристиками окремих ділянок. У результаті одержимо ряд точок а, b,з ,..., визначають сумарну характеристику II + III + IV трубопроводу припаралельному з'єднанні.
Таким чином, для побудови сумарної характеристики складноготрубопроводу необхідно скласти характеристики окремих ділянок (припаралельному з'єднанні по горизонталі, при послідовному - повертикалі).
У загальному випадку, коли трубопровід складається з ряду ділянок, з'єднанихміж собою як послідовно, так і паралельно, сумарнухарактеристику всього трубопроводу знаходять шляхом послідовного складанняпопередньо добудованих характеристик всіх окремих ділянок. Спочаткупідсумовують характеристики паралельно включених ділянок 2, 3, 4 погоризонталі, а за-тем їх сумарну характеристику по вертикалі зхарактеристиками ділянок 1 і 5, включених послідовно.
У тих випадках, коли окремі ділянки трубопроводу лежать в різнихплощинах, при побудові і підсумовуванні характеристик необхідновраховувати також різниця висот? z між початковою і кінцевою точкамиділянок. Характеристики цих ділянок слід будувати не від початкукоординат, а з точок, віддалених від нього по осі ординат на величину? z.
Значення? Z потрібно відкладати вгору, якщо кінцева точка ділянкирозташова-дружина вище початкової точки (підйом рідини), і вниз, якщо воназнаходиться нижче початкової точки (опускання рідини). Аналогічно сліднадходити і в тих випадках, коли рідина подається в ємності з підвищенимабо знижений-ним тиском. У першому випадку висоту? P/pg, відповіднурізниці початкового і кінцевого тиску р1 - р2 =? р, відкладають вгору, ау другому - вниз.
За побудованим гідравлічним характеристикам трубопроводів легковизначаються необхідний перепад напорів? H по заданому витраті Q абовитрата по заданому перепаду напорів. Наприклад, якщо для простоготрубопроводу побудована його гідравлічна характеристика, то, відклавшиперепад напорів? H =? z на осі ординат, за відповідною йому точціхарактеристики можна визначити витрата Q. Аналогічно визначають необхіднийперепад напорів при заданому витраті.
гідравлічна характеристика трубопроводу використовують також при підборівідцентрового насоса.
Для визначення необхідного діаметра трубопроводу по заданому Q ібудують, ставлячи собі різними значеннями d, графік залежності? H = f (d). Зазаданим значенням? H визначають відповідний йому діаметр трубопроводуd.
Програми розрахунків для побудови залежності? H = hтр = f (Q) і? H
= Hтр = f (d) на програмованих калькуляторах типу «Електроніка», БЗ-34,
МК-61 і їм подібних наведена в прил. 2.

Зміст

Рух води в руслі каналу. 1

Місцеві опору 2

Додавання втрат напору 3

графоаналітичних методи розрахунку трубопроводів 4

Зміст 8

ВАТ «ГАЗПРОМ»

Волгоградський коледж газу і нафти

Реферат з гідравліки

Виконав: студент гр. 02ЕГП-1С

Ірушкін В. Ю.

Волгоград 2002