Тема 4. Основные уравнения движения жидкостей Гидростатика и гидродинамика

а) Неразъёмные – сварные

б) Разъёмные

- фланцевые

- резьбовые

- раструбные (применяются для чугунных, бетонных и керамических труб)

Арматура трубопроводов

1. Конденсатоотводчики.

В паровых и газовых коммуникациях вследствие охлаждения всегда может происходить конденсация воды, смолы или другой жидкости, содержащейся в газе в виде пара. Накопление конденсата очень опасно, так как, двигаясь по трубам с большой скоростью ( ), жидкостная пробка, обладающая большой инерцией, будет вызывать сильнейшие гидравлические удары. Они расшатывают трубопроводы и могут вызывать их разрушение.

Поэтому газопроводы монтируют с небольшим уклоном, а в наинизшей точке ставится конденсатоотводная трубка.

Гидравлический затвор. Для вакуумных трубопроводов =>

через барометрическую трубу.

При больших давлениях используют специальные конструкции конденсатоотводчиков (рассматриваются далее).

2. Вентили.

1 - корпус;

2 - седло;

3 - клапан;

4 - шпиндель;

5 - сальник.

Клапан притёрт к седлу и плотно перекрывает движение среды.

Шпиндель имеет нарезную часть и соединён с маховиком. Герметичность обеспечивается сальником.

Вентили являются запорно-регулирующей арматурой, т.е. позволяют плавно регулировать расход.

3. Краны.

В корпусе вращается пришлифованная коническая или шаровая пробка со сквозным отверстием. Краны используют преимущественно как запорную арматуру. Регулировать расход сложно.

4. Задвижки.

Шиберная

Бывают плоско-параллельные и клиновые задвижки. Перемещение шибера производится с помощью шпинделя перпендикулярно оси трубопровода и происходит его перекрывание.

Эта арматура запорная и регулирующая. Для целей автоматизации привод может быть пневматическим, электрическим, гидравлическим и т.д.

5. Существует также предохранительная и защитная арматура (предохранительные и обратные клапаны), контрольная арматура (указатели уровня, пробные краны и т.д.)

Вся арматура имеет индексацию:

например: 15 кч 2бр.

15=>вентиль; кч=>ковкий чугун (материал корпуса); 2=>номер модели по каталогу; бр=>уплотнительная поверхность из бронзы.

Арматура выбирается в зависимости от давления в трубопроводе.

Различают:

1) Рабочее давление – наибольшее избыточное давление, при котором арматура работает длительное время при рабочей температуре среды.

2) Условное давление – наибольшее давление (изб.), создаваемое средой при 20⁰С.

Существует ряд условных давлений, согласно которому изготовляют арматуру:

P_y=1;2,5;4;6;10;16;25;40;64;100;160;200;250;320;400…атм.

Выбор P_y осуществляется по таблицам в зависимости от марки стали, наибольшей температуры среды и рабочего давления.

Пример: Сталь Х12H10T

t_среды = 400⁰С P_раб=20атм: P_y=25атм

P_раб=80атм: P_y=100атм

t_среды = 660⁰С P_раб=20атм: P_y=64атм

P_раб=80атм: P_y=250атм

Тема 4. Основные уравнения движения жидкостей Гидростатика и гидродинамика

Основы гидродинамики

Дифференциальные уравнения

При истечении жидкости движущей силой является разность давлений, которая создается с помощью насосов или компрессоров, а также вследствие разности уровней плотностей жидкости.

Для гидромеханических процессов можно выделить три задачи, в соответствии с закономерностями, характеризующими условия движения потоков:

1. Внутренняя задача гидродинамики.

Движение жидкостей и газов внутри труб и каналов.

2. Внешняя задача гидродинамики.

Движение частиц в газообразной или жидкой средах (обтекание жидкостями различных тел).

3. Смешанная задача гидродинамики.

Движение жидкостей или газов через пористый слой.

Знание законов гидродинамики позволяет определить разность давлений, необходимую для перемещения данного количества жидкости с требуемой скоростью и расход энергии на это перемещение.

Все явления связанные с движением жидкости или газа, обычно описывается системой дифференциальных уравнений, включающих уравнения движения (Навье - Стокса) и уравнение неразрывности (сплошности) потока.

Уравнение неразрывности потока.

Рассмотрим поток, для которого соблюдается условие сплошности (неразрывности) движения, т.е. не образуются пустоты, незаполненные жидкостью.

Выделим внутри потока неустановившегося движения сжимаемой жидкости элементарный параллелепипед объемом

Пусть составляющая скорости потока вдоль оси в точках на левой грани параллелепипеда

Тогда:

За промежуток времени :

Приход:

На правой грани плотность и скорость могут отличаться:

· Скорость

· Плотность

Тогда через правую грань параллелепипеда за время выйдет жидкости:

Расход:

(величинами малых порядков пренебрегаем)

Считается, что

Приращение массы жидкости в параллелепипеде вдоль оси х:

По аналогии будет для осей

Где

Общее накопление массы в параллелепипеде за время равно сумме ее приращений вдоль всех осей координат:

Изменение массы в полностью заполненном жидкостью объеме параллелепипеда при его неизменных размерах возможно только вследствие изменения плотности жидкости в этом объеме во времени

Приравнивая и сокращая на , получаем:

Это дифференциальное уравнение неразрывности потока для неустановившегося движения несжимаемой жидкости.

Для установившегося потока плотность не меняется во времени , т.е. масса втекающей и вытекающей жидкости равны, и изменения массы в параллелепипеде не происходит:

Для установившегося движения несжимаемой жидкости

Это дифференциальное уравнение неразрывности потока несжимаемой жидкости.

В интегральной форме (проинтегрировав уравнение 1) для одновременного потока вдоль оси , проходящего через сечение :

При

Это уравнение постоянства расхода для установившегося движения.

При установившемся движении жидкости, полностью заполняющей трубопровод, через каждое его поперечное сечение проходит в единицу времени одно и то же количество жидкости.

Для несжимаемой жидкости: