Турбулентное течение – это течение, при котором происходит интенсивное перемешивание жидкости

Ламинарное течение – это слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсаций скорости.

ЛЕКЦИЯ №4

ГИДРОГАЗОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ВРЕМЯ– 2 часа

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить основные режимы течения рабочих жидкостей, применяемых в гидравлических системах и познакомиться с методикой расчетов характеристик течения в них.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ – 10 мин.

1. РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПОДОБИЕ. – 40 мин.

2. МЕСТНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ – 30 мин.

3. НЕУСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР – 40 мин.

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ – 40 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ – 10 мин.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Некрасов Б.Б Гидравлические и пневматические системы: Учеб. / А.Г. Схиртладзе, В.И. Иванов, В.Н. Кареев; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Высш. шк., 2006 – 534 с.: ил.

2. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. – М.: Машиностроение, 1967. – 368 с.

1. РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ. ОБЛИТЕРАЦИЯ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПОДОБИЕ ТЕЧЕНИЙ

1.1.Режимы течения рабочих жидкостей

Возможны два основных вида течения жидкостей в трубах – ламинарное и турбулентное.

При ламинарном течении в прямой круглой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы. Давление и скорость движения жидкости при установившемся ламинарном течении постоянны.

При ламинарном течении в круглой трубе потери напора на трение прямо пропорциональны расходу Q (скорости), длине трубы L и вязкости ν жидкости и обратно пропорциональны диаметру трубы в четвертой степени d⁴:

h_тр = 128 Q·L· ν/(π·g·d⁴).

Данное выражение называется законом Пуазейля – Гагена и используется для расчета трубопроводов с ламинарным режимом течения.

Если заменить в данном выражении расход жидкости на среднюю скорость течения v_ср, то потери на трения определятся как:

h_тр = λ_л·L / d· v²_ср /(2g),

где λ_л = 64/ Rе – безразмерный коэффициент потерь на трение при ламинарном течении; Rе = (v·d)/ν - число Рейнольдса.

При увеличении скорости течения безразмерный коэффициент потерь на трение λ_л уменьшается.

Пример: Rе = 1000; λ_л = 64·10^-3. Rе = 2000; λ_л = 32·10^-3.

При определенной скорости течения жидкости в ней начинают возникать пульсации давления и скорости. Ламинарное течение переходит в турбулентное.

Давление и скорость движения жидкости постоянно меняются (пульсируют). При таком течении наряду с поступательным движением жидкости имеет место ее поперечное перемещение и вращательное движение.

Смена ламинарного режима течения жидкости на турбулентное происходит при определенной скорости течения v_кр, которую называют критической. Переход ламинарного течения в турбулентное происходит при определенном соотношении между скоростью течения v_кр, диаметром трубы d и вязкостью жидкости ν:

Rе_кр = (v_кр ∙ d)/ ν.

Безразмерное число Rе_кр называется критическим числом Рейнольдса. Из опытов следует, что Rе_кр ≈ 2300.

При Rе < Rе_кр течение ламинарное, а при Rе > Rе_кр течение турбулентное.

При турбулентном течении величина безразмерного коэффициента потерь на трение λ_т уменьшается. Ее значение удобно определять при помощи формулы Конакова:

λ_т = 1/ (1,81·lg Rе – 1,5)². При Rе = 2500 λ_т = 46,2·10^-3

Если число Рейнольдса лежит в пределах 2300 < Rе < 10⁵, то можно использовать также и формулу Блазиуса:

λ_т = 0,3164/ . При Rе = 2500 λ_т = 44,7·10^-3

Из последнего выражения видно, что при турбулентном течении безразмерный коэффициент трения также уменьшается с ростом числа Рейнольдса, однако его уменьшение происходит не так интенсивно.

Пример: Rе = 2500 λ_т = 44,7·10^-3. Rе = 5000; λ_т = 37,6·10^-3.

При турбулентном течении в круглой трубе потери напора на трение прямо пропорциональны квадрату расхода Q (скорости), длине трубы, деленной на диаметр L и безразмерному коэффициенту трения λ_т и обратно пропорциональны диаметру трубы в четвертой степени d⁴:

h_тр = λ_т· 16 Q²·L/ d /(2g π²·d⁴).

Если заменить в данном выражении расход жидкости на скорость течения v, то потери на трения определятся как:

h_тр = λ_т·L/ d·v² /(2g).

При течении жидкости в шероховатых трубах потери напора на трение возрастают. Это учитывается за счет увеличения безразмерного коэффициента потерь на трение λ_тш.

λ_тш = (1/(1,8 lg d /k))²,

где k - размер, пропорциональный шероховатости стенки трубы. Шероховатостью называется отношение величины бугорков шероховатости внутренних стенок трубы к радиусу трубы.

Пример. Турбулентноетечение встальной трубе с внутренним диаметром d = 8·10^-3 м и величиной k = 5·10^-6м. Определить величину λ_тш.

λ_тш = (1/(1,8 lg d /k))² = (1/1,8lg (8·10^-3 /5·10^-6))² = 30,1·10^-3.

Значения величины k для некоторых труб приведены в таблице 1.

Таблица 1. Значения размера k, пропорционального шероховатости стенки трубы.

Материал трубы	k, м
Стекло
Тянутые трубы из латуни, свинца, меди
Бесшовные стальные трубы тщательного изготовления	0,6 … 2,0
Стальные трубы	3 … 10
Чугунные асфальтированные трубы	10 … 25
Чугунные трубы	25 … 50

В некоторых случаях при движении жидкости происходит изменение ее агрегатного состояния (жидкость превращается в пар), а также может происходить выделение из жидкости растворенных в ней газов. Например, при течении жидкости через местное сужение трубы происходит увеличение скорости и падение давления. Если давление жидкости понизится до давления насыщенных паров в ней при данной температуре, то в данном месте начинается интенсивное парообразование и выделение газов. Такое местное кипение жидкости с последующей конденсацией паров в зоне более высокого давления называется кавитацией.

На практике кавитация имеет место не только в трубопроводах, но и в других гидравлических устройствах, а также во входных и выходных патрубках насосов и на их лопастях. В гидравлических и топливных системах летательных аппаратов кавитация может возникать в связи с уменьшением наружного давления при подъеме на высоту.

Для характеристики режимов течения с точки зрения кавитации применяется безразмерный критерий, называемый числом кавитации:

χ = 2(р – р_t)/(ρυ²),

где р - абсолютное давление в потоке; р_t - давление насыщенных паров при данной температуре; υ - скорость потока; ρ - плотность жидкости.

1.2.Облитерация

При течении жидкости через малые зазоры и капилляры (золотниковые пары, фильтры) возникает явление облитерации. Расход жидкости через зазор или капилляр с течением времени уменьшается. Это происходит при неизменном перепаде давления и постоянных физических свойствах жидкости. Это объясняется заращиванием каналов. В зазорах и каналах с диаметром менее 0,01 мм может произойти полное заращивание и падение расхода до 0. Этот процесс заращивания называется облитерацией. При облитерации на поверхности раздела твердого тела и жидкости под воздействием молекулярных и электромагнитных сил, возникающих при движении жидкости относительно металлической стенки, возникает абсорбция – уплотнение частиц жидкости до твердого состояния и их соединение с поверхностью стенки. Облитерации подвержены жидкости со сложной структурой. Такими и являются рабочие жидкости ГГМС ЛА.

На практике в зазорах и капиллярах толщина слоя облитерации составляет несколько микрон. Но этот слой постоянно возрастает.

С повышением температуры рабочей жидкости процесс облитерации замедляется. Повышение перепада давления, под которым происходит движение рабочей жидкости ускоряет облитерацию.

При движении стенок канала относительно друг друга облитерационные слои разрушаются и проходное сечение восстанавливается. Замечено. Что в зазорах между двумя подвижными стенками или между подвижной и неподвижной стенками облитерация не происходит.

В целях предотвращения облитерации не рекомендуется делать жиклеры и дроссели с диаметром отверстий меньше 0,2 … 0,4 мм. Жиклеры, дроссели и фильтры необходимо периодически промывать на вибрационных (ультразвуковых) установках. При вибрации стенок капилляров происходит разрушение облитерационных слоев и их проходные сечения восстанавливаются.

1.3. Гидродинамическое подобие течений

Для анализа течения жидкостей удобно использовать теорию подобия.

Дата добавления: 2014-01-15