Реактивное взаимодействие струи жидкости с твердым телом.

Рассмотрим сначала активное взаимодействие струи идеальной жидкости с плоской вертикальной пластиной (рис. 36а). Жидкость вытекает через цилиндрический насадок под постоянным напором Н. В  этом  случае  с  учетом   формулы  Торичелли  ( – см. раздел 1.30) сила  взаимодействия  P  равняется: 

         

P = ρQ · υ ₀ = ρ υ ₀ ² S = 2 ρg ∙ H ∙ S,

 

где S - площадь сечения отверстия насадка (рис. 36а).

 

Если пластину убрать, то струя будет вытекать в атмосферу (случай реактивного взаимодействия – рис. 36 б).  

                 а                                             б

                             

 

 

Рис. 36.   Схемы взаимодействия струи жидкости с твердым  телом:

   а – активного; б – реактивного  

 

Запишем уравнение изменения количества движения  для  области  между  сечениями 1 - 1 и 2 – 2 c учетом того, что скорость в сечении 1 – 1 можно считать пренебрежимо малой:

 

             m ∙ 0   - m · υ₂ = R ·∆ t,            (*)

 

где R - сила реактивного взаимодействия, m = ρQ · ∆ t = ρ · υ₂ · S ∙∆ t. Отсюда выражение (*) приобретает вид:

 

- ρ υ ₂ ² S · ∆ t = R ·∆ t

 

              Поскольку , то R = ^_ 2 ρgHS.

Таким образом, сила реактивного взаимодействия равна силе активного взаимодействия и направлена в противоположную сторону. Этот принцип заложен в конструкцию реактивной гидравлической турбины, в которой струя, вытекающая из каналов рабочего колеса, создает реактивную силу, вращающую колесо.

Аналогичным примером может служить и движение катеров с помощью водометных двигателей, в которых струя жидкости, создаваемая насосом, выбрасывается в одну сторону, а катер движется в обратном направлении.

 

 

ГЛАВА 3.  Гидравлический  расчет трубопроводов

 

1.25. Общие сведения  

Гидравлический расчет трубопроводов проводится с целью определения геометрических характеристик труб, предназначенных для пропуска заданного расхода жидкости или с целью установления гидравлических параметров потока, проходящего по трубопроводу заданной геометрии. Трубопроводы могут быть простыми и сложными, длинными и короткими. Простые – трубопроводы, не имеющие ответвлений. Сложные трубопроводы образуются в результате разветвлений, параллельных соединений, боковых отводов или замыканий в кольца труб разных длин и диаметров.

Длинные – трубопроводы, у которых потери напора по длине во много раз больше, чем местные (∆h _ℓ >> ∆h_м). Если потери напора по длине и местные потери напора примерно одного порядка, то трубопроводы считаются короткими.

Реальные промышленные трубопроводы содержат, как правило, и прямые участки, и сужения, расширения, повороты, поэтому необходимо учитывать совместное влияние потерь напора по длине и местных потерь напора. Обычно их определяют независимо друг от друга и складывают (применяют принцип наложения потерь напора). При расчете промышленных трубопроводов часто упрощают расчет потерь напора, используя метод расходных характеристик. Суть его заключается в следующем. Согласно формуле Дарси-Вейсбаха, потери напора по длине определяются:

 

Выражая среднюю скорость υ через расход, получаем:

 

                                   ,

 откуда   

или   

где К – расходная характеристика трубопровода, которая в общем случае является функцией λ и d.

В области шероховатых труб (квадратичного сопротивления), которая чаще всего имеет место в промышленной практике, λ = f (∆/ d). Поэтому здесь К = f (∆, d).

Для промышленного сортамента труб значения К в квадратичной области сопротивления вычислены и приводятся в гидравлических справочниках.

При расчете длинных трубопроводов местные потери напора обычно не рассчитывают, а просто увеличивают суммарные потери напора на 5 ÷10% от потерь напора по длине, то есть: