Ггд-поле
составлять от 0,5 до 1,5 года до возникновения катастрофического события.
Возмущения ГГД-поля также охватывают обширные площади после произошедшего события. ГГД-поле имеет большое разнообразие форм и размеров короткоживущих структур деформаций, возникающих и разрушающихся в пределах ареала наблюдений в течение суток – месяцев, граничащих друг с другом, замещающих друг друга, видоизменяющих общий рисунок поля напряжений за короткие интервалы времени. В асейсмические периоды характер ГГД-поля имеет хаотический, быстро меняющийся рисунок. По мере «созревания» сильного землетрясения хаос сменяется упорядоченностью, формированием устойчивых во времени и в пространстве структур сжатия и растяжения. После разрядки сейсмической энергии фиксируется разрушение существовавшей структуры ГГД-поля и восстановление структурного хаоса.
Согласно теории упругой отдачи, «…после «срыва» защемленных друг с другом крыльев сейсмогенного разлома и следующего за ним землетрясения требуется некоторый временной интервал для накопления новых напряжений, способных превысить предел длительной прочности пород и привести к очередному нарушению связности массива…».
Этот интервал, показатель «созревания» землетрясения, – является относительно стабильной величиной при характерных для региона темпах тектонических движений.
Мониторинг состояния ГГД-поля позволяет (по меньшей мере) зафиксировать многие особенности изменения напряженного состояния недр. На основе анализа получаемых данных принимается решение о характере развития геодинамической обстановки, оценивается степень ее опасности с позиции возможных сейсмических событий. Классический метод мониторинга состояния ГГД-поля – измерение в реальном времени ряда параметров грунтовых вод в специально пробуренных скважинах.
2-х часовые наблюдения за изменением объемной активности радона (ОАР) над поверхностью активного вулкана позволили выделить 10-12 минутные циклы, в пределах которых активность радона от минимума к максимуму изменяется в 5 раз.
Гидрогазодинамика.предмет ггд. развитие ггд. место ггд в механике.
Гидрогазодинамика.Предмет ГГД. Развитие ГГД. Место ГГД в механике.
Гидравлика представляет собой теоретическую дисциплину, изучающую вопросы, связанные с механическим движением жидкости в различных природных и техногенных условиях. Поскольку жидкость (и газ) рассматриваются как непрерывные и неделимые физические тела, то гидравлику часто рассматривают как один из разделов механики так называемых сплошных сред, к каковым принято относить и особое физическое тело — жидкость. По этой причине гидравлику часто называют механикой жидкости или гидромеханикой; предметом её исследований являются основные законы равновесия и движения жидкостей и газов. Как в классической механике в гидравлике можно выделить общепринятые составные части: гидростатику, изучающую законы равновесия жидкости; кинематику, описывающую основные элементы движущейся жидкости и гидродинамику, изучающую основные законы движения жидкости и раскрывающую причины её движения. Гидравлику можно назвать базовой теоретической дисциплиной для обширного круга прикладных наук, с помощью которых исследуются процессы, сопровождающие работу гидравлических машин, гидроприводов. С помощью основных уравнений гидравлики и разработанных ею методов исследования, решаются важные практические задачи, связанные с транспортом жидкостей и газов по трубопроводам, а также с транспортом твёрдых тел по трубам и другим руслам. Гидравлика также решает важнейшие практические задачи, связанные с равновесием твёрдых тел в жидкостях и газах, т.е. изучает вопросы плавания тел. Вода и воздух (иначе жидкость и газ) были отнесены к числу основных стихий природы уже первобытным человеком. История свидетельствует об успешном решении ряда практических задач с использованием жидкостей уже на самих ранних стадиях развития человека. Первым же научным трудом по гидравлике следует считать трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н. Однако в дальнейшем на протяжении нескольких столетий в развитии человечества наступила эпоха всеобщего застоя, когда развитие знаний и практического опыта находились на весьма низком уровне. Развитию гидромеханики (гидравлики) как самостоятельной науки в значительной степени способствовали труды русских учёных Даниила Бернулли (1700 -1782), Леонарда Эйлера (1707 — 1783), М.В. Ломоносова (1711 — 1765). Работы этих великих русских учёных обеспечили настоящий прорыв в области изучения жидких тел: ими впервые были опубликованы дифференциальные уравнения равновесия и движения жидкости Эйлера, закон сохранения энергии Ломоносова, уравнение запаса удельной энергии в идеальной жидкости Бернулли. Развитию гидравлики как прикладной науки и сближению методов изучения теоретических и практических вопросов используемых гидравликой и гидромеханикой способствовали работы французских учёных Дарси, Буссинэ и др., а также работы Н.Е. Жуковского. Дальнейшие работы в области теоретической и прикладной гидромеханики были направлены на развитие методов решения практических задач, развитие новых методов исследования, новых направлений: теория фильтрации, газо- и аэродинамика и др.При решении практических вопросов гидравлика оперирует всеми известными методами исследований: методом анализа бесконечно малых величин, методом средних величин, методом анализа размерностей, методом аналогий, экспериментальным методом. Метод анализа бесконечно малых величин — наиболее удобный из всех методов для количественного описания процессов равновесия и движения жидкостей и газов. Этот метод наиболее эффективен в тех случаях, когда приходится рассматривать движение объектов на атомно-молекулярном уровне, т.е. в тех случаях, когда для вывода уравнений движения приходится рассматривать жидкость (или газ) с молекулярно-кинетической теории строения вещества. Основной недостаток метода — довольно высокий уровень абстракции, что требует от читателя обширных знаний в области теоретической физики и умение пользоваться различными методами математического анализа, включая векторный анализ.
…
Гидростатическое давление и его свойства
Гидростатическим давлением Р называется сила давления жидкости на единицу площади ω, и его можно представить формулой Гидростатическое давление имеет размерность в системе СИ Паскаль (Па). Оно обладает тремя свойствами. Первое свойство. Гидростатическое давление направлено по внутренней нормали к поверхности, на которую оно действует. Второе свойство. Гидростатическое давление в точке действует одинаково по всем направлениям и может быть выражено соотношением Px=Py=Pz=Pn Третье свойство. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве и может быть записано следующим образом:
P=f (x, y, z)
Уравнение неразрывности.
Движение жидкостей называется течением, а совокупность частиц движущейся жидкости — потоком. Графически движение жидкостей изображается с помощью линий тока, которые проводятся так, что касательные к ним совпадают по направлению с вектором скорости жидкости в соответствующих точках пространства 
Линии тока проводятся так, чтобы густота их, характеризуемая отношением числа линий к площади перпендикулярной им площадки, через которую они проходят, была больше там, где больше скорость течения жидкости, и меньше там, где жидкость течет медленнее. Таким образом, по картине линий тока можно судить о направлении и модуле скорости в разных точках пространства, т. е. можно определить состояние движения жидкости.
Часть жидкости, ограниченную линиями тока, называют трубкой тока. Течение жидкости называется установившимся (или стационарным), если форма и расположение линий тока, а также значения скоростей в каждой ее точке со временем не изменяются.
Рассмотрим какую-либо трубку тока. Выберем два ее сечения S1 и S2, перпендикулярные направлению скорости 
За время Dt через сечение S проходит объем жидкости SvDt; следовательно, за 1 с через S1 пройдет объем жидкости S1v1, где v1 — скорость течения жидкости в месте сечения S1. Через сечение S2 за 1 с пройдет объем жидкости S2v2, где v2 — скорость течения жидкости в месте сечения S2. Здесь предполагается, что скорость жидкости в сечении постоянна. Если жидкость несжимаема (r=const), то через сечение S2 пройдет такой же объем жидкости, как и через сечение S1, т. е. S1v1=S2v2=const
Следовательно, произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока.
Кавитация
В жидкости при любом давлении и температуре всегда растворено какое-либо количество газов. Уменьшение давления в жидкости ниже давления насыщения жидкости газом сопровождается выделением растворённых газов в свободное состояние, графики Г.А. Мурина наоборот, при повышении давления, выделившиеся из жидкости газы, вновь переходят в растворённое состояние. Изменение давления в жидкости может приводить и к изменению агрегатного состояния жидкости (переход жидкости в пар и пара в жидкое состояние). Если жидкость движется в закрытой системе, то колебания давления в потоке могут приводить к образованию локальных зон низкого давления и как следствие, в этих зонах происходят процессы образования паров жидкости («холодное» кипение жидкости) и её раз газирование.При этом, процесс разгазирования, как правило — процесс более медленный, чем процесс парообразования. Однако и в том и в другом случае появление свободного газа и, тем более пара, в замкнутом пространстве крайне не желательно. Появление пузырьков газовой фазы говорит о том, что в жидкости появился разрыв. Далее эти пузырьки переносятся движущейся жидкостью. Процесс образования пузырьков пара в жидкости носит название паровой кавитации, образование пузырьков газа вызывает газовую кавитацию. При попадании в зону высокого давления пузырьки газарастворяются в жидкости, а пузырьки пара конденсируются. Поскольку последний процесс происходит почти мгновенно, говорят о том, что пузырьки схлопываются.Особенно интенсивно процессы схлопывания пузырьков пара происходит в месте контакта их с твёрдыми телами (стенки труб, элементы гидромашин и т.д.). Отрицательное воздействие пузырьков пара на элементы гидросистем заключаются в особенности их контакта с твёрдыми телами: при приближении к твёрдой границе пузырьки пара деформируются, что приводит к явлению подобному детонации. При таком воздействии свободного пара и газа на твердые элементы внутренних конструкций гидромашин, они разрушаются и выходят из строя. Для оценки режима течения жидкости вводят специальный критерий; число кавитации К:
Помпаж
Помпа́ж — неустойчивая работа компрессора, вентилятора или насоса, характеризуемая резкими колебаниями напора и расхода перекачиваемой среды.
Помпажвозможен для всех компрессоров динамического сжатия (осевых, центробежных). При помпаже резко ухудшается аэродинамика проточной части, компрессор не может создавать требуемый напор, при этом, давление за ним на некоторое время остаётся высоким. В результате происходит обратный проброс газа. Давление за компрессором уменьшается, он снова развивает напор, но при отсутствии расхода напор резко падает, ситуация повторяется. При помпаже вся конструкция испытывает большие динамические нагрузки, которые могут привести к её разрушению. Помпаж зачастую связан с явлением гидроудара.
Для обеспечения нормальной работы компрессора и устранения явления помпажа применяются автоматические регуляторы — антипомпажные устройства, которые поддерживают постоянное давление в сети трубопроводов.
Регулирование работы компрессора с целью избежания явления помпажа может производиться:
1. устройством перепускного клапана;
2. дросселированием во всасывающем трубопроводе;
3. поворотом лопаток направляющего аппарата.
Системы защиты автоматически срабатывают в случаях внезапных значительных изменений характеристик нормального технологического режима. Они защищают компрессорные машины и решают двоякую задачу:
1. предотвращение помпажа;
2. обеспечение высокой экономической эффективности работы компрессора.
Гидрогазодинамика.Предмет ГГД. Развитие ГГД. Место ГГД в механике.
Гидравлика представляет собой теоретическую дисциплину, изучающую вопросы, связанные с механическим движением жидкости в различных природных и техногенных условиях. Поскольку жидкость (и газ) рассматриваются как непрерывные и неделимые физические тела, то гидравлику часто рассматривают как один из разделов механики так называемых сплошных сред, к каковым принято относить и особое физическое тело — жидкость. По этой причине гидравлику часто называют механикой жидкости или гидромеханикой; предметом её исследований являются основные законы равновесия и движения жидкостей и газов. Как в классической механике в гидравлике можно выделить общепринятые составные части: гидростатику, изучающую законы равновесия жидкости; кинематику, описывающую основные элементы движущейся жидкости и гидродинамику, изучающую основные законы движения жидкости и раскрывающую причины её движения. Гидравлику можно назвать базовой теоретической дисциплиной для обширного круга прикладных наук, с помощью которых исследуются процессы, сопровождающие работу гидравлических машин, гидроприводов. С помощью основных уравнений гидравлики и разработанных ею методов исследования, решаются важные практические задачи, связанные с транспортом жидкостей и газов по трубопроводам, а также с транспортом твёрдых тел по трубам и другим руслам. Гидравлика также решает важнейшие практические задачи, связанные с равновесием твёрдых тел в жидкостях и газах, т.е. изучает вопросы плавания тел. Вода и воздух (иначе жидкость и газ) были отнесены к числу основных стихий природы уже первобытным человеком. История свидетельствует об успешном решении ряда практических задач с использованием жидкостей уже на самих ранних стадиях развития человека. Первым же научным трудом по гидравлике следует считать трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н. Однако в дальнейшем на протяжении нескольких столетий в развитии человечества наступила эпоха всеобщего застоя, когда развитие знаний и практического опыта находились на весьма низком уровне. Развитию гидромеханики (гидравлики) как самостоятельной науки в значительной степени способствовали труды русских учёных Даниила Бернулли (1700 -1782), Леонарда Эйлера (1707 — 1783), М.В. Ломоносова (1711 — 1765). Работы этих великих русских учёных обеспечили настоящий прорыв в области изучения жидких тел: ими впервые были опубликованы дифференциальные уравнения равновесия и движения жидкости Эйлера, закон сохранения энергии Ломоносова, уравнение запаса удельной энергии в идеальной жидкости Бернулли. Развитию гидравлики как прикладной науки и сближению методов изучения теоретических и практических вопросов используемых гидравликой и гидромеханикой способствовали работы французских учёных Дарси, Буссинэ и др., а также работы Н.Е. Жуковского. Дальнейшие работы в области теоретической и прикладной гидромеханики были направлены на развитие методов решения практических задач, развитие новых методов исследования, новых направлений: теория фильтрации, газо- и аэродинамика и др.При решении практических вопросов гидравлика оперирует всеми известными методами исследований: методом анализа бесконечно малых величин, методом средних величин, методом анализа размерностей, методом аналогий, экспериментальным методом. Метод анализа бесконечно малых величин — наиболее удобный из всех методов для количественного описания процессов равновесия и движения жидкостей и газов. Этот метод наиболее эффективен в тех случаях, когда приходится рассматривать движение объектов на атомно-молекулярном уровне, т.е. в тех случаях, когда для вывода уравнений движения приходится рассматривать жидкость (или газ) с молекулярно-кинетической теории строения вещества. Основной недостаток метода — довольно высокий уровень абстракции, что требует от читателя обширных знаний в области теоретической физики и умение пользоваться различными методами математического анализа, включая векторный анализ.
§
Рис. 2.1. Схема к определению равнодействующей гидростатического давления на плоскую поверхность Избыточное гидростатическое давление в точке А будет равно PA = γh = γ·0 = 0 Соответственно давление в точке В: PB = γh = γH где H — глубина жидкости в резервуаре. Согласно первому свойству гидростатического давления, оно всегда направлено по нормали к ограждающей поверхности. Следовательно, гидростатическое давление в точке В, величина которого равна γH, надо направлять перпендикулярно к стенке АВ. Соединив точку А с концом отрезка γH, получим треугольную эпюру распределения давления АВС с прямым углом в точке В. Среднее значение давления будет равно Если площадь наклонной стенки S=bL, то равнодействующая гидростатического давления равна где hc = Н/2 — глубина погружения центра тяжести плоской поверхности под уровень жидкости. Следовательно, сила давления на плоскую поверхность выражается произведением гидростатического давления в центре тяжести поверхности на ее площадь. Однако точка приложения равнодействующей гидростатического давления ц.д. не всегда будет совпадать с центром тяжести плоской поверхности. Эта точка находится на расстоянии эксцентриситета l от центра тяжести и равна отношению момента инерции площадки относительно центральной оси к статическому моменту этой же площадки. где JАx — момент инерции площади S относительно центральной оси, параллельной Аx. Приведенная формула показывает, что центр давления всегда лежит ниже центра тяжести, только при горизонтальном положении плоской поверхности центр тяжести и центр давления совпадают. В частном случае, когда стенка имеет форму прямоугольника размерами bL и одна из его сторон лежит на свободной поверхности с атмосферным давлением, центр давления ц.д. находится на расстоянии b/3 от нижней стороны. Сила давления на прямоугольную фигуру может быть выражена и произведением площади эпюры гидростатического давления S на ширину фигуры b.Вектор силы давления F проходит через центр тяжести эпюры гидростатического давления. Пересечение вектора силы давления с поверхностью, в пределах которой действует давление, определяет положение центра давления.
…
6.Силы гидростатического давления жидкости на цилиндрическую поверхность. Пусть жидкость заполняет резервуар, правая стенка которого представляет собой цилиндрическую криволинейную поверхность АВС (рис.2.2),Это значит, что силы, действующие на поверхности выделенного объема V, и силы веса взаимно уравновешиваются.
Рис. 2.2. Схема к определению равнодействующей гидростатического давления на цилиндрическую поверхность Представим, что выделенный объем V представляет собой твердое тело того же удельного веса, что и жидкость (этот объем на рис.2.2 заштрихован). Этот объем называется телом давления. Левая поверхность этого объема (на чертеже вертикальная стенка АО) имеет площадь Sx = bH, являющуюся проекцией криволинейной поверхности АВС на плоскость yOz. Cила гидростатического давления на площадь Sx равна Fx = γSxhc. С правой стороны на отсек будет действовать реакция R цилиндрической поверхности. Реакцию R разложим на две составляющие Rx и Rz. Если резервуар открыт, то естественно, что давление Р0 одинаково со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивается. На отсек АВСО будет действовать сила собственного веса G = γV, направленная вниз. Спроецируем все силы на ось Ох: Fx — Rx = 0 откуда Fx = Rx = γSxhc Теперь спроецируем все силы на ось Оz:
Rz — G = 0 откуда Rz = G = γV
Таким образом, вертикальная составляющая давления жидкости на криволинейную поверхность равна весу жидкости в объеме тела давления. Составляющая силы гидростатического давления по оси Oу обращается в нуль, значит Ry = Fy = 0. Таким образом, реакция цилиндрической поверхности в общем случае равна а поскольку реакция цилиндрической поверхности равна равнодействующей гидростатического давления R=F, то делаем вывод, что Направление силы давления по отношению к горизонту жидкости определяется углом
7.Прикладные вопросы гидростатики. Пьезометрическая высота. Вакуум.
Пьезометрическая высота h0 = P0 / g
Это расстояние от точки, в которой мы измеряем давление до пьезометрической плоскости. Фактически мы заменяем давление на поверхности эквивалентным столбом жидкости. Из основного закона гидростатики следует, что уровень жидкости в пьезометре будет выше свободной поверхности жидкости в аппарате на величину.
Ва́куум — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлениях, значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий , средний и высокий вакуум.
§
Ламина́рное тече́ние — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления).
Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса , после которого оно переходит в турбулентное. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.).
В результате исследовании движения жидкости, проведенных
Рейнольдсом и другими учеными, в круглых гладких трубах на уча-
стках, достаточно удаленных от входа, при отсутствии различных
источников возмущения установлено критическое число Рейнольдса
Re = 2320.
Следует отметить, что при 2320 < Re < 10000 турбулентный
режим течения еще не полностью развит. Здесь зоны турбулентного
движения могут перемежаться с зонами ламинарного движения. Та-
кой режим течения иногда называют переходным. Режим движения
жидкости оказывает существенное влияние на гидравлическое со-
противление и потери потока.
Анализ опытных данных показывает, что потери напора при
ламинарном режиме пропорциональны средней скорости потока в
первой степени: hw=kл*ν
где kл − коэффициент пропорциональности при ламинарном режиме движения.
В гидравлике, если труба некруглого сечения, то Reкр рассчитывается по гидравлическому диаметру dг=4F/χ, где F — площадь поперечного сечения трубы, χ — полный смоченный периметр.
…
Турбулентное движение жидкости.
Турбулентный режим—движение с пульсацией скорости и взаимным перемешиванием струй в потоке. Переход режима движения от ламинарного к турбулентному сопровождается значительным возрастанием потерь напора, что приводит, в конечном итоге, к выбору более мощных насосов и двигателей, т. е. к относительно большим экономическим затратам на приведение жидкости в движение, поэтому важно знать режим движения. Критерием, по которому судят о режиме движения, является безразмерный
комплекс − число Рейнольдса: 
где 
− характерный геометрический размер русла, см (для рек за ве-
личину принимается глубина h, для каналов − гидравлический ра-
диус R , для напорных труб − диаметр d );
− средняя скорость потока, см/с;
ν − кинематический коэффициент вязкости жидкости, см2/с
При Турбулентном движении средняя скорость в течении:
где Q − объемный расход жидкости, см3/с; F − площадь поперечного
сечения, см2
Кавитация
В жидкости при любом давлении и температуре всегда растворено какое-либо количество газов. Уменьшение давления в жидкости ниже давления насыщения жидкости газом сопровождается выделением растворённых газов в свободное состояние, графики Г.А. Мурина наоборот, при повышении давления, выделившиеся из жидкости газы, вновь переходят в растворённое состояние. Изменение давления в жидкости может приводить и к изменению агрегатного состояния жидкости (переход жидкости в пар и пара в жидкое состояние). Если жидкость движется в закрытой системе, то колебания давления в потоке могут приводить к образованию локальных зон низкого давления и как следствие, в этих зонах происходят процессы образования паров жидкости («холодное» кипение жидкости) и её раз газирование.При этом, процесс разгазирования, как правило — процесс более медленный, чем процесс парообразования. Однако и в том и в другом случае появление свободного газа и, тем более пара, в замкнутом пространстве крайне не желательно. Появление пузырьков газовой фазы говорит о том, что в жидкости появился разрыв. Далее эти пузырьки переносятся движущейся жидкостью. Процесс образования пузырьков пара в жидкости носит название паровой кавитации, образование пузырьков газа вызывает газовую кавитацию. При попадании в зону высокого давления пузырьки газарастворяются в жидкости, а пузырьки пара конденсируются. Поскольку последний процесс происходит почти мгновенно, говорят о том, что пузырьки схлопываются.Особенно интенсивно процессы схлопывания пузырьков пара происходит в месте контакта их с твёрдыми телами (стенки труб, элементы гидромашин и т.д.). Отрицательное воздействие пузырьков пара на элементы гидросистем заключаются в особенности их контакта с твёрдыми телами: при приближении к твёрдой границе пузырьки пара деформируются, что приводит к явлению подобному детонации. При таком воздействии свободного пара и газа на твердые элементы внутренних конструкций гидромашин, они разрушаются и выходят из строя. Для оценки режима течения жидкости вводят специальный критерий; число кавитации К:
§
Значительное количество реальных гидравлических систем имеет более одной трубы с разветвлениями, путевой раздачей, набором питателей и т.д. Это требует знания методики решения таких задач.
Прежде всего следует помнить, что:
1. Базовыми уравнениями для расчета сложного трубопровода являются уравнение Бернулли и уравнение сплошности.
2. Количество уравнений будет определяться количеством неизвестных.
В качестве примера рассмотрим классическую задачу о 3-х резервуарах. Расчетная схема приведена ниже.
Как видно из рисунка, резервуары находятся на разной высоте. В связи с этим, из 1 резервуара вода будет вытекать, в 3 – перетекать. Для дальнейшего решения важно знать направление движения воды по второй трубе. Куда будет течь вода, будет зависеть от соотношения напоров во 2-м резервуаре и узле А. Если до начала решения это не известно, то можно попытаться решить задачу расчета простого трубопровода, считая, что труба 2 закрыта. Если напор в узле А окажется выше напора во 2-м резервуаре, то вода будет перетекать в бак 2. Если меньше – наоборот.
Второй способ будет ясен по ходу решения, т.к. одним из этапов решения является определение напора в узле А. В этом случае просто задаются направлением движения воды, а затем, при необходимости, корректируют. Если допущена ошибка, необходима корректировка с минимальными трудозатратами.
…
1 этап. Как уже отмечалось выше, решение начинается с уравнений Бернулли, которые записываются отдельно для каждой трубы. Как выбирать сечения и определять в них напор – объяснялось выше. Для простоты не будем расшифровывать напор в узле А, просто написав НА.
1 трубопровод 
2 трубопровод. 
3 трубопровод. 
(Обратите внимание, что слева от знака равенства стоит напор в узле. Это связано с тем, что жидкость движется из узла А к 3 сечению – резервуару 3. А это значит, что напор в узле А должен быть больше напора в 3 резервуаре на величину потерь напора в трубопроводе.)
Когда у нас есть основные уравнения – давайте посчитаем неизвестные. Нам не известны расходы или скорости в 1, 2, 3 трубопроводах и напор в узле А. Давления, координаты сечений в таких задачах обычно известны. Т.к. 4 неизвестных, то необходимо добавить еще одно уравнение. Им будет закон сохранения массы. За этим названием скрывается обычный баланс масс: сколько воды вытекает из 1 и 2 резервуаров, столько и поступает в 3 резервуар.
Q1 Q2 = Q3
2 этап. Это уже знакомая Вам процедура преобразования уравнений Бернулли за счет их упрощения. Так, в этой задаче в выбранных сечениях скорости будут равны «0», т.к. резервуары открытые, то давления на поверхности также равны «0». В других задачах преобразования могут быть несколько иными.
3 этап. А сейчас давайте сгруппируем члены этих уравнений следующим образом. Справа оставим напор в узле, а все остальное перенесем в левую часть. Получим следующую систему уравнений:
Q1 Q2 = Q3
4 этап. Задаваясь различными расходами в трубопроводах, найдем значения напора в узле А в каждом из уравнений. Если бы мы знали расходы в трубопроводах и подставили их точные значения, то во всех трех уравнениях мы получили бы одинаковые напоры, т к напор в узле не может быть одновременно разным в зависимости от того, со стороны какой из труб мы на него будем смотреть. Но, т.к. расходы нам не известны, то мы с вами будем просто перебирать различные расходы и получать соответствующие им напора НА. Это удобно делать в виде таблицы.
— Разумеется, цифры стоят только для примера. Вы должны попытаться реально оценить расходы и подставить те значения расходов, которые будут наиболее правдоподобны в Вашем случае.
— Напор НА получается из решения соответствующих уравнений Бернулли при подстановке выбранного расхода.)
— Как находить потери напора, Вы должны уже знать из предыдущих разделов.
| 30.Трубопроводы с насосной подачей жидкости. |
| В машиностроении основным способом подачи жидкости является принудительная ее подача насосом. Рассмотрим совместную работу насоса с трубопроводом и принцип расчета таких систем. Трубопровод с насосной подачей может быть разомкнутым, когда жидкость перекачивается из одной емкости в другую или замкнутым, в котором циркулирует одно и то же количество жидкости. На рис. 5.3.1, а представлен разомкнутый трубопровод, по которому насосом жидкость перекачивается из нижнего резервуара с давлением p0 в другой резервуар с давлением p3. Высоту расположения оси насоса относительно нижнего уровня z1 называют геометрической высотой всасывания, а трубопровод, по которому жидкость поступает к насосу, всасывающим трубопроводом (линией всасывания). Высоту расположения верхнего уровня жидкости z2, называют геометрической высотой нагнетания, а трубопровод, по которому жидкость движется от насоса, напорным (линией нагнетания). Составим уравнение Бернулли для потока жидкости во всасывающем трубопроводе, т.е. для сечений 0-0 и 1-1:
Данное уравнение является основным для расчета всасывающих трубопроводов. Оно показывает, что процесс всасывания, т.е. подъем жидкости на высоту z1, сообщение ей кинетической энергии и преодоление всех гидравлических сопротивлений происходит за счет использования (с помощью насоса) давления p0. Так как это давление обычно бывает весьма ограниченным, то расходовать его надо так, чтобы перед входом в насос остался некоторый запас давления p1, необходимый для его нормальной бескавитационной работы. Уравнение Бернулли для движения жидкости по напорному трубопроводу, т.е. для сечений 2-2 и 3-3:
Левая часть уравнения представляет собой энергию жидкости на выходе из насоса, отнесенную к единице веса. Аналогичная энергия перед входом в насос может быть вычислена из уравнения всасывающего трубопровода
Найдем приращение энергии жидкости в насосе, т.е. определим ту энергию, которую приобретает, проходя через насос, каждая единица веса жидкости. Эта энергия, сообщаемая жидкости насосом, называется напором, создаваемым насосом, и обозначается Hнас. Она равна
или
Сравнения полученной формулы с зависимостью для определения потребного напора позволяет сформулировать правило: при установившемся течении жидкости в трубопроводе насос развивает напор, равный потребному
На этом правиле основывается метод расчета трубопроводов, питаемых насосом, заключающийся в определении точки пересечения характеристики насоса (зависимости напора, создаваемого насосом, от его подачи) и кривой потребного напора трубопровода. Эта точка получила название рабочей точки. Для замкнутого трубопровода (рис.5.3.1, б) геометрическая высота подъема жидкости равна нулю (z=0), следовательно, при равенстве скоростей на входе и выходе из насоса (V1=V2)
т.е. между потребным напором и напором, создаваемым насосом, справедливо то же равенство. Замкнутый трубопровод обязательно должен иметь расширительный, или компенсационный бачок, соединенный с одним из сечений трубопровода, чаще всего со стороны всасывания насоса, где давление имеет минимальное значение. Он служит для компенсации утечек и предотвращения колебания давления в системе, связанных с изменением температуры. При наличии расширительного бачка, присоединенного в соответствии с рис.5.3.1, б, давление на входе в насос определится из выражения:
По величине p1 можно подсчитать давление в любом сечении замкнутого трубопровода. Если давление в бачке изменить на некоторую величину, то во всех точках данной системы давление изменится на ту же самую величину. |
§
Гидравли́ческийуда́р (гидроудар) — скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени. Может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором — отрицательным. Опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды , работающие под давлением. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.
Гидроударом также ошибочно называют следствие заполнения надпоршневого пространства в поршневом двигателе водой, вследствие чего поршень, не дойдя до мёртвой точки, начинает сжимать жидкость, что приводит к внезапной остановке и поломке мотора (излому шатуна или штока, обрыву шпилек головки цилиндра, разрыву прокладки).
В зависимости от времени распространения ударной волны 
и времени перекрытия задвижки t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:
…
· Полный (прямой) гидравлический удар, если t <
· Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >
При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.
При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.
Явление гидравлического удара открыл в 1897—1899 г. Н. Е. Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:
где 
— увеличение давления в Н/м²,
— плотность жидкости в кг/м³,
и 
— средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного клапана) в м/с,
с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.
Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны c находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала E, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.
Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.
Зависимость между скоростью ударной волны c, её длиной и временем распространения (L и соответственно)
32. Насосы. Основные определения. Классификация.
Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.
Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации. В этой схеме для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.
Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.
Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости
Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с или м3/ч.
Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.
Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической .энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).
Классификация насосов:
— насосы возвратно-поступательного действия ( поршневые и мембранные);
— роторные насосы ( шестерные, винтовые, коловратные, пластинчатые, роликовые);
— динамические насосы ( лопастные и вихревые );
— специальные насосы ( струйные и электромагнитные).
§
Центробежные насосы характеризуются большими производительностями независимо от величины напора.
Основной частью центробежного насоса является рабочее
колесо, имеющее изогнутые лопатки. Колесо соединено с валом и заключено в кожух (спиральную камеру). При быстром вращении рабочего колеса, приводимого во вращение от двигателя, развивается центробежная сила. Под ее влиянием жидкость между лопатками колеса прогоняется к его периферии и, выходя из колеса, поступает в спиральную ка-
меру насоса, а из нее в нагнетательный трубопровод. Освобождающееся
от выброшенной жидкости центральное пространство насосной камеры
заполняется жидкостью, поступающей по всасывающей трубе под действием внешнего давления p0. Таким образом, образуется непрерывный поток жидкости в насос, а из него – к месту подачи.
До начала своей работы центробежные насосы требуют предварительной заливки, без чего они не могут производить всасывание жидкости.
Для того, чтобы жидкость при заливке насоса не вытекала из него в исходный резервуар, на погруженном конце всасывающей трубы устанавливается приемный обратный клапан, снабженный фильтром (сеткой) для предохранения от загрязнений. Для увеличения подачи при данном напоре насос выполняют с несколькими рабочими колесами, соединенными параллельно. Для подачи небольших объемов жидкости на значительную высоту делают насосы с несколькими последовательно соединенными колесами. По величине создаваемого напора различают: низконапорные центробежные насосы (при напоре до 20 м); насосы среднего давления (напор от 20 до 60 м), а при напоре более 60 м – насосы высокого давления.
…
По способу подвода жидкости на рабочее колесо центробежные насосы подразделяют на насосы с односторонним и двусторонним входом. По
расположению вала: горизонтальные и вертикальные насосы. По способу
соединения с двигателем: со шкивом или с редуктором; при помощи муфты; моноблоки (насосы, имеющие общий вал с двигателем).
Напор, подача, КПД, мощность центробежного насоса.
Напор насоса — это энергия, которую получает объем жидкости весом в 1 Ньютон при прохождении через насос.Обозначается напор H и измеряется в метрах столба рабочей (перекачиваемой) жидкости, [м]. Напор можно рассматривать и с геометрической точки зрения как высоту, на которую может быть поднят 1 Ньютон жидкости за счет энергии, вырабатываемой насосом.
Подача (производительность) — это количество жидкости, перемещаемое насосом за единицу времени.Подача может быть выражена по-разному:
Q-объемная подача и G-массовая подача.Между массовой и объемной подачей есть взаимосвязь:
где r — плотность перекачиваемой жидкости.
Подача насоса зависит от его конструкции, скорости вращения рабочего колеса, вязкости жидкости и характеристики трубопровода, по которому насос перемещает жидкость.
Общийк.п.д. выражает, какая доля потребляемой насосом энергии преобразуется в полезную энергию. Полезная энергия — это энергия, отдаваемая жидкости. Потребляемая энергия — это энергия, затрачиваемая двигателем при вращении рабочего колеса насоса. Полезная энергия меньше, чем потребляемая, так как в процессе преобразования энергии, осуществляемого центробежным насосом, часть энергии неизбежно теряется. К.п.д. насоса оценивает его энергетическое совершенство. Чем больше к.п.д. насоса, тем эффективней он использует потребляемую энергию.
Полезная мощность обозначается Nп, измеряется в СИ в Ваттах [Вт].
Полезную мощность можно определить по формуле:
мощность на валу — это энергия, передаваемая валу рабочего колеса от электродвигателя.Обозначается мощность на валу Nв, измеряется в СИ в Ваттах.
Мощность на валу и полезная мощность связаны соотношением:
Характер зависимости мощности на валу от подачи определяется не только конструкцией насоса и скоростью вращения его рабочего колеса, но и плотностью перекачиваемой жидкости, причем чем больше плотность, тем больше мощность на валу при прочих одинаковых условиях
