Законы гидравлического сопротивления при ламинарном движении

Потери давления (напора) по длине потока и местные гидравлические потери

Основные понятия и определения

Изучаемые вопросы:

- Понятие о гидравлических сопротивлениях.

- Диссипация механической энергии потока.

Сопротивление, оказываемое на поток при напорном движении реальной (вязкой) жидкости со стороны русла (проточного тракта), называется гидравлическим сопротивлением. Количественной оценкой гидравлического сопротивления являются потери давления (в Па) или напора (в м), а сам процесс носит название диссипации (рассеяния) механической энергии, перешедшей в тепловую благодаря работе сил трения.

Вопросы для самопроверки:

1. Как определяется работа и мощность потока жидкости (газа)?

2. Что означает термин диссипация механической энергии потока?

3. Дайте определение термина «гидравлическое сопротивление» и поясните его энергетическую оценку.

4. Укажите два вида гидравлического сопротивления. Чем они характеризуются?

5. Назовите два характерных режима движения жидкости (газа). Поясните физический смысл числа Рейнольдса.

6. Что означает термин «вязкое», «инерционное» и «инерционно-вязкое» гидравлическое сопротивление?

Изучаемые вопросы:

- Потери давления (напора) по длине потока.

- Формула Вейсбаха-Дарси для расчета потерь по длине.

- Коэффициент гидравлического трения.

- Понятия об участках местных сопротивлений.

- Виды местных сопротивлений.

- Гидравлические потери в местных сопротивлениях.

- Формул Вейсбаха для определения местных потерь.

- Ламинарное и турбулентное движение жидкостей и газов. Число Рейнольдса.

Потери давления (напора) в расчётных формулах принято выражать через гидродинамическое давление (гидродинамический напор) потока с гидравлическим (как правило, опытным) коэффициентом сопротивления.

Различают потери давления по длине потока с гидравлическим коэффициентом, включающим относительную длину потока (формула Дарси – Вейсбаха) и местные потери давления на участках резкоизменяющегося (резкодеформированного) потока (формула Вейсбаха).

При рассмотрении местных гидравлических сопротивлений следует обратить внимание на структуру потока на участках резкодеформированного течения, имеющего место в трубопроводной арматуре, на стенках труб разного диаметра и т.п. В общем виде функциональная зависимость для коэффициента местного гидравлического сопротивления включает в себя пограничную геометрию пробочного элемента и число Рейнольдса, вычисленного по параметрам сопротивления. На практике значение коэффициентов местного сопротивления определяют из соответствующей справочной литературы.

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите вывод основного уравнения равномерного движения.

2. Приведите структуру формулы потери давления (напора) по длине потока в трубе круглого сечения.

3. Какие факторы влияют на величину коэффициента гидравлического трения?

4. Дайте определение местного гидравлического сопротивления и приведите его расчётную формулу (формулу Вейсбаха – Дарси).

5. Как определяются потери давления в аппаратах управления гидро- и пневмоприводами с учётом их паспортных данных?

Изучаемые вопросы:

- Ламинарное течение жидкости в трубах.

- Распределение касательных напряжений и скоростей в поперечном сечении трубы.

- Формула Пуазейля для расхода жидкости.

- Гидравлическое сопротивление при ламинарном режиме в элементах напорных гидросистем.

- Основы гидродинамический теории смазки.

На численное значение гидравлических коэффициентов сопротивления существенное влияние оказывает режим движения жидкости. Различают два устойчивых режима движения: ламинарный (структурированный, слоистый) и турбулентный (беспорядочный, пульсирующий). Количественной оценкой (степенью) режима движения является безразмерное число Рейнольдса. Оно характеризует порядок соотношения действующих в потоке сил инерции, выраженных через плотность ρ, и сил вязкости, выраженных через коэффициент вязкости µ. Ламинарный режим (и его степень) характеризуется малыми числами Рейнольдса, турбулентный – большими. В формулу числа Рейнольдса входит характерный линейный размер поперечного сечения потока (например, диаметр трубы).

В гидравлических напорных гидросистемах, в том числе в системах объёмного гидропривода, с применением вязких жидкостей (минеральные масла) чаще всего имеют место ламинарный или низкотурбулентный режимы движения. На практике это могут быть трубы малого диаметра, капиллярные каналы и т.п., гидравлический расчёт которых с достойной степенью точности основан на формулах, полученных теоретическим путём. Подробно эти зависимости представлены в учебном пособии [8].

С основой гидродинамической теории смазки при ламинарном режиме в подшипнике скольжение можно ознакомиться в [2].

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите описание ламинарного движения.

2. Приведите вывод закона распределения скоростей в сечении ламинарного потока в трубе круглого сечения.

3. Приведите вывод формулы расхода.

4. Приведите формулу коэффициента гидравлического трения в трубе круглого сечения.

5. Как записывается закон сопротивления при ламинарном движении?

Дата добавления: 2015-05-23