Гидравлика и ГП

Тематика лекционных занятий:
Основы гидравлики
Общие сведения об объемных гидроприводах
Объемные гидромашины
Гидроаппараты
Кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости, гидролинии и уплотнительные устройства
Схемы объемных гидроприводов и гидропередач
Расчет гидропривода

1.6 Уравнение Бернулли
Основным уравнением гидродинамики является уравнение Бернулли, которое устанавливает связь между скоростью движения и давлением жидкости при установившемся движении.
Уравнение Бернулли для элементарной струйки:
где Н – напор – уд.энергия или энергия, отнесенная к единице веса
z1, z2 – расстояние от рассматриваемого сечения до некоторой плоскости сравнения (геометрический напор)

Уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
Поправки:
Средняя скорость потока, а не постоянная скорость струйки. Уравнение дополняется коэффициентами Кориолиса α (зависят от режима движения жидкости,
α=1 при ламинарном режиме и α = 2 при турбулентном режиме)
2. Уравнение дополняется полными потерями напора hп
Полные потери выражаются суммой потерь напора по длине и местных потерь:

1.7 Режимы течения жидкости
При ламинарном режиме течения частицы жидкости перемещаются по траекториям, направленным вдоль потока без поперечного перемешивания. Поток жидкости образуется как бы отдельными параллельными слоями; пульсации скорости потока и давления жидкости отсутствуют.
При турбулентном режиме течения частицы жидкости перемещаются по случайным хаотическим траекториям. Турбулентное течение сопровождается постоянным перемешиванием жидкости, характеризуется наличием пульсации скорости потока и давления жидкости.

Опыт Рейнольдса
Бак
Сливная труба
Питающая труба
Бачок
Вентиль
Тонкая трубка
Стеклянная труба
Вентиль
Сливной бачок
Число Рейнольдса – безразмерное выражение, определяющее режим течения жидкости

Практическое определение числа Рейнольдса
Если расход Q задан в л/мин, d – в мм, ν – мм2/с
Пример:
Определить режим течения жидкости вязкостью ν = 20 мм2/с в круглой трубе с внутренним диаметром d = 10 мм при расходе жидкости Q1 = 12.5 л/мин и Q2 = 40 л/мин

Понятие о кавитации
Кавитацией называется процесс возникновения пузырьков пара в потоке жидкости при снижении рабочего давления до давления парообразования с последующей конденсацией паров жидкости в зоне повышенного давления.
1 и 3 – вентили; 2 – трубка; 4 - бак

1.8 Расчет простых трубопроводов.
Потери давления в трубопроводах
Простым называют трубопровод, не имеющий боковых ответвлений.
Цель расчета: выбор условного прохода, определение потерь давления и толщины стенок.
Под условным проходом понимают внутренний диаметр трубопровода, округленный до ближайшего значения из установленного ряда. Ряды условных проходов Dу (мм) устанавливает ГОСТ 16516—80.
Если расход задан в л/мин, а скорость в м/с, то

Пример
Определить условный проход напорного трубопровода, если расход Q = 45 л/мин и номинальное давление pном = 32 МПа. Скорость потока жидкости v = 5 м/с.
Dу = ?
ГОСТ 16516-80 Условные проходы

Потери давления в трубопроводах по длине
Различают два вида потерь: потери по длине hl и местные потери напора hМ.
Потери напора по длине при равномерном движении жидкости в трубопроводе круглого сечения:
Потери давления по длине трубопровода:

Коэффициент Дарси для ламинарного и турбулентного потока
На практике применяют выражение:

Пример
Гладкий круглый трубопровод с внутренним диаметром d = 10 мм имеет длину l = 2 м. По трубопроводу перемещается рабочая жидкости – минеральное масло с кинематической вязкостью ν = 20 мм2/с. Определить во сколько раз увеличатся потери по длине, если первоначальный расход жидкости Q1 = 12,5 л/мин увеличится в 3,2 раза.
Вычисляем увеличенный расход жидкости
Q2 = Q1 · 3,2 = 12,5 · 3,2 =40
2. Определяем режим движения жидкости при Q1 и Q2
3. Находим перепад давлений Δp для Q1 и Q2
4. Определяем отношение Δp2/ Δp1

Эмпирические формулы потерь давления по длине
ламинарный режим:
турбулентный режим:

Местные потери давления в трубопроводах
Местные потери напора:
ζ (дзета) – как правило определяют экспериментальным путём и выражают в виде эмпирических формул, графиков, таблиц.
Местные потери давления:
Если в формулу поставить выражение
Эмпирическая формула

Пример
Рабочая жидкость - минеральное масло перемещается по трубопроводу диаметром 10 мм через местное сопротивление, коэффициент ζ = 1,5, расход жидкости Q = 40 л/мин. Определить местные потери давления.

Понятие об эквивалентной длине
Длиной, эквивалентной длине данного местного сопротивления, считается такая длина прямой трубы, на протяжении которой гидравлические потери равны потерям в данном сопротивлении
Пример: заменить местное сопротивление трубой эквивалентной длины
γ = mg/V =ρg

Расчет труб на прочность
Тонкостенные трубы - или
Толщина стенки трубы:
Допускаемое напряжение: