ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА В НАПОРНОМ ТРУБОПРОВОДЕ.
Вводная часть. Гидравлическим ударом называется изменение (повышение или понижение) давления в напорном трубопроводе при резком изменении скорости движения жидкости (например, в результате резкого закрытия или открытия затвора).
Повышения давления при гидравлическом ударе может быть настолько большим, что способно привести к разрыву трубопровода.
При быстром закрытии затвора сначала остановится не вся масса жидкости, заключенная в трубопроводе, а лишь часть ее, находящаяся непосредственно перед затвором (рис.1.16). Это происходит благодаря инерции и упругим свойствам жидкости и материала трубы ( остановившаяся масса жидкости несколько сжимается, труба расширяется, а давление в жидкости резко возрастает). Затем повышение давления весьма быстро распространяется по трубопроводу от затвора к резервуару. Скорость распространения повышения давления называют скоростью распространения ударной волны С.После того как во всем трубопроводе давление повысится, жидкость начнет выходить из зоны повышенного давления обратно в резервуар и давление в трубопроводе начнет понижаться. Затем в зону пониженного давления снова пойдет жидкость из резервуара и давление снова повысится. Благодаря упругим свойствам жидкости и стенок трубопровода этот процесс довольно быстро затухает. Наиболее опасным является первое повышение давления.
Ударная волна пройдет по всему трубопроводу (от затвора до резервуара) за время t = l/d (здесь l – длина трубопровода). Время одного цикла, включающего повышение и понижение давления, называются фазой удара T = 2l/d
Если время закрытия tз затвора меньше или равно фазе удара Т ( tз £ Т ), удар называется прямым.
Удар может возникнуть, например, при внезапном выключении насоса, подающего воду по нагнетательному трубопроводу в резервуар. Жидкость после выключения насоса по инерции некоторое время будет двигаться, и в трубопроводе возникнет понеженное давление. Затем начнется обратное движение жидкости из резервуара в область пониженного давления в трубопроводе и давление здесь повысится подобно тому как это наблюдалось при прямом ударе.
Из изложенного ясно, что параметры движения жидкости при гидравлическом ударе изменяются с течением времени. Следовательно, при гидравлическом ударе движение жидкости является неустановившимся.
Для определения повышения давления Dр при прямом гидравлическом ударе Н. Е. Жуковским в 1898 г. предложена формула :
(1.30)
где r - плотность жидкости;
С - скорость распространения ударной волны;
u - средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до
закрытия затвора ( при установившимся движении).
Величину С вычисляют по формуле:
(1.31)
где - скорость звука в жидкой среде (для воды Сзв»1425 м/с; Еж и Етр – модули упругости соответственно жидкости и материала трубопровода ( для воды Ев»1,96 × 109 Па, для стали Етр»1,96 × 1011Па);
d - внутренний диаметр трубопровода;
d - толщина стенки трубопровода.
Цель работы. Определить опытным путем величину повышения давления Dроп при прямом гидравлическом ударе в напорном трубопроводе, сравнить ее с величиной Dр, вычисленной по формуле Н. Е. Жуковского (см. формулу 1.30), и подсчитать относительное отклонение.
Описание установки. Установка (см.рис.116) состоит из горизонтального стального трубопровода 3, присоединенного к напорному резервуару 2 ,в котором уровень воды во время опытов поддерживается на постоянной отметке с помощью переливного устройства I.
В конце трубопровода 3 имеется вентиль 6 для регулирования скорости движения воды в нем, клапанный затвор 5, позволяющий практически мгновенно перекрывать трубопроводу пружинный манометр 4, с помощью которого измеряется давление в жидкости до и в момент закрытия затвора.
Для измерения расхода воды служит мерный бак 12 снабженный водомерной трубкой 9 со шкалой 10, и секундомер 8.
Дата добавления: 2015-09-25; просмотров: 1018;