Жидкость, её основные свойства

Введение в гидравлику

Гидравлика – прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и газов, а также способы применения этих законов к решению конкретных практических задач.

Гидравлика может быть подразделена на две части: гидростатику, в которой изучаются законы равновесия жидкостей, и гидродинамику, в которой изучаются законы движения жидкостей.

Для нефтяника изучение гидравлики приобретает особую важность. Все ценности, которые добывает нефтяник: нефть и естественный газ являются жидкостями (несжимаемыми и сжимаемыми), которые нужно заставить двигаться в нефтяном пласте к забою скважины, подниматься к её устью, перекачивать по трубам на нефтеперерабатывающие заводы и с заводов к потребителям.

Таким образом, ни один этап в добыче нефти и газа не обходится без применения законов гидравлики. Причем, для каждого из этих этапов характерен свой круг гидродинамических задач и соответствующих методов их решения. Однако все они основываются на общих законах движения и покоя жидкостей и газов, а также на некоторых общих методах описания гидродинамических явлений.

Гидравлике, как прикладная наука, рассматривает решение практических задач упрощённо, производя оценку главных элементов гидравлических явлений, поэтому широко используются те или иные допущения и предположения. Достаточно часто гидравлические решения основываются на результатах экспериментов, и потому в гидравлике применяется относительно много различных эмпирических и полуэмпирических формул. Изучение гидравлических явлений на моделях, созданных на основе теории подобия с применением определенных методик моделирования, позволяет получить данные о параметрах, которыми будет характеризоваться явление в реальных условиях.

Жидкость, её основные свойства

В природе различают четыре агрегативных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Это – фазовые состояния вещества, которые в момент наблюдения определяются температурой и давлением, при которых оно находится.

Жидкости – вещества в конденсированном агрегатном состоянии, промежуточном между состояниями газов и твёрдых тел. При высоких температурах жидкости имеют сходство с газообразным состоянием, а при низких – с твёрдым. Благодаря этому жидкости обладают свойствами как газов, так и твёрдых тел.

Жидкостью называют тело, обладающее большой подвижностью молекул, не способное сохранять свою форму, изменяя её под действием самых незначительных сил. Жидкости обладают свойством текучести, т.е. большой подвижностью своих частиц, и поэтому принимают форму сосуда, в котором они находятся.  

Жидкости с точки зрения их механических свойств разделяются на два вида: капельные жидкости или малосжимаемые и газообразные жидкости (газы) - сжимаемые.

Всякий газ можно рассматривать как пары жидкости того же названия, перешедшей в газообразное состояние. Газы заполняют весь предоставленный им объем, не образуя свободной поверхности; легко изменяют объём, сжимаясь и расширяясь при изменении давления; оказывают очень малое сопротивление сдвигу (маловязкие) и совсем не сопротивляются растяжению. Газообразные жидкости имеют значительно меньшую плотность, зависящие от температуры и давления (вследствие расположения молекул друг от друга на больших расстояниях, не связанных между собой и при тепловом движении стремящихся разлетаться).

Капельные жидкости отличаются тем, что в малых количествах принимают сферическую форму, а в больших обычно образуют свободную поверхность, почти не изменяют своего объёма при деформациях. Характеризуются большим сопротивлением сжатию (почти полной не сжимаемостью) и небольшим – сдвигу; малым сопротивлением к растягивающим и касательным усилиям, что обусловлено незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости и незначительной температурной расширяемостью.

Капельные представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании этого слова - вода, нефть, бензин и т.д.; г азообразные жидкости – воздух и другие газы.

В гидравлике рассматриваются главным образом капельные жидкости.

Где m –масса жидкости;

          V – объём, занимаемый жидкостью.

Единицами измерения плотности являются [ кг / м³] в системе СИ и [г/см³] в системе СГС.

Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры. Плотность воды имеет максимум при   t = + 4 ^оC и уменьшается при любых других температурах. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды.

Под удельным весом понимают вес единицы объёма вещества. Обозначается удельный вес греческой буквой γ (гамма) и определяется как

                                             ,                                                (3)

где G - вес жидкости;

          V – объём, занимаемый жидкостью.

Единица измерения удельного веса в системе СИ [Н/м³], в системе СГС [Н/см³].

Между удельным весом и плотностью существует взаимосвязь в виде равенства

                                          .                                              (4)

Изменение удельного веса капельных жидкостей в зависимости от температуры тождественно изменению их плотности: с повышением температуры удельный вес уменьшается (за исключением воды, у которой наибольший удельный вес при t =4 ⁰С).

Вязкость – этосвойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению (сдвигу) отдельных её частиц или слоев при приложении внешних сил.

Вязкость характеризуется:

- коэффициентом динамической вязкости -

Единица динамической вязкости в системе СИ - Па· с, в системе СГС принят Пуаз (П) по имени французского учёного Пуайзеля:

                                               1 П = 0,1 Па· с.

Для практических целей пользуются кинематическим коэффициентом вязкости ν, т.е. отношением динамического коэффициента вязкости к плотности рассматриваемой жидкости:

                                                       .                                              (8)

В системе СИ кинематическая вязкость измеряется в м²/с, в системе СГС единица для измерения кинематической вязкости в честь английского физика Стокса была названа стоксом:

                                             1 Ст = 10^-4 м²/с.

Вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры.

Виды движения жидкости

Движение жидкости может быть установившимся и неустановившимся.

Неустановившимся называется движение жидкости, все характеристики которого (или некоторые из них) в точках потока изменяются с течением времени.

Установившимся называется такое движение жидкости, при котором параметры потока не изменяются с течением времени.

неустановившегося движения жидкости	установившегося движения жидкости
Рисунок – Примеры движения жидкости

Установившееся движение может быть равномерным и неравномерным.

Равномерным называется установившееся движение жидкости, если значения скоростей в соответствующих точках любых живых сечений будут одинаковы и поле скоростей остаётся неизменным вдоль потока.

Неравномерным называется установившееся движение, если сечение потока по длине будет непостоянным, или расход жидкости будет изменяться по длине потока вследствие притока со стороны или утечки жидкости по пути течения.

При рассмотрении неравномерного движения жидкости пользуются понятием плавноизменяющегося движения.

Плавноизменяющимся называется такое движение жидкости, при которой кривизной линий тока и углом расхождения между ними можно пренебречь, причём живые сечения представляются возможным считать плоскими, нормальными к оси потока.

В зависимости от условий, при которых происходит движение жидкости, различают напорное и безнапорное движение, а также струи.

Напорный поток полностью ограничен со всех сторон твёрдыми стенками. Движение жидкости в таком потоке происходит под влиянием давления, сообщаемого каким-либо внешним источником.

Безнапорным называется поток со свободной поверхностью, в котором жидкость перемещается только под действием силы тяжести.

Уравнение Д. Бернулли

Уравнение Бернулли устанавливает связь между основными параметрами движения: давлением, скоростью в живом сечении струйки или потока и геометрическим положением живого сечения струйки или потока жидкости, и отражает закон сохранения механической энергии.

Уравнение Бернулли выводится в три этапа:

1) для элементарной струйки идеальной жидкости;

2) для элементарной струйки реальной жидкости;

3)  для потока реальной жидкости.

Каждое из последующих уравнений выводится на основе предыдущего. Вместе с тем каждое уравнение имеет соё назначение и круг решаемых задач.

                                      .                             (4.15)

Полученное уравнение называют уравнением Бернулли для элементарной струйки идеальной несжимаемой жидкости.

Трехчлен вида

                                                  

называют полным напором.

Уравнение Бернулли (4.15), записанное для двух произвольно взятых сечений струйки, и выражает равенство полных напоров H в этих сечениях.

С геометрической точки зрения все члены уравнения Бернулли, имея линейную размерность, могут характеризоваться как высоты или напоры:

z представляет собой геометрическую высоту, или геометрический напор, т.е. измеряет высоту расположения движущейся частицы жидкости в данном сечении над некоторой горизонтальной плоскостью - плоскостью сравнения 0-0 (рис. 4.15).

 

Рисунок 4.15 – К понятию геометрической высоты

- так же как и в гидростатике, называется пьезометрической высотой, или пьезометрическим напором, т.е. представляет высоту столба жидкости, уравновешивающуюся давление р в данной точке.

Установив в данном сечении элементарной струйки пьезометр (рис. 4.16), можно получить наглядное представление о величине давления, соответствующей высоте поднятия жидкости в этом пьезометре.

Рисунок 4.16 - К понятию пьезометрической высоты

   - скоростная высота, или скоростной напор.

Более наглядное представление о «скоростном напоре» можно получить, установив в рассматриваемом сечении трубку Пuто –открытую с обоих концов прозрачную трубку, изогнутую под углом 90⁰, у которой нижний загнутый конец помещается в центр сечения трубопровода так, чтобы отверстие трубки располагалось против течения (рис. 4.17). Другой конец трубки при этом перпендикулярен поверхности воды и выступает из неё на некоторую высоту.

Рисунок 4.17 – К понятию скоростного напора

Итак, геометрический смысл уравнения Бернулли можно сформулировать так: при установившемся движении идеальной жидкости сумма трёх напоров (высот) – геометрического, пьезометрического и скоростного вдоль струйки остаётся неизменной.

Таким образом, мы имеем в каждом сечении струйки жидкости сумму трех напоров: гидростатического, геометрического и скоростного, т.е. полный напор, а уравнение Бернулли показывает, что полный напор в любом сечении элементарной струйки есть величина постоянная.

Энергетическая (физическая) сущность уравнения Бернулли заключается в том, что оно выражает закон сохранения энергии элементарной струйки

                                      .               (4.16)

Левая часть уравнения Бернулли представляет собой полную удельную энергию элементарной струйки в сечении 1-1, которая равно полной удельной энергии элементарной струйки в сечении 2-2 и является величиной постоянной (рис. 4.18).

Удельной энергией называют энергию, отнесённую к единице веса жидкости.

Рассмотрим, что представляют собой все члены уравнения Бернулли с физической или с энергетической точки зрения:

 и  – удельная потенциальная энергия положения, величина которой зависит от положения центра тяжести рассматриваемого сечения над плоскостью сравнения 0-0;

 и  – удельная потенциальная энергия давления в соответствующих сечениях, величина которой зависит от высоты столба жидкости в пьезометре, находящемся над центром тяжести рассматриваемого сечения струйки;

 и  – удельная кинетическая энергия (энергия движения) элементарной струйки в сечениях 1-1 и 2-2.

Режимы движения жидкости

Предположение о существовании различных режимов движения жидкости было высказано еще в 1880 году Д. И. Менделеевым. Он заметил, что жидкости, двигаясь в трубах и каналах, в одних случаях сохраняют стройное движение своих частиц, в других – перемещаются бессистемно. Исчерпывающее подтверждение о существовании различных течений жидкости было дано английским физиком Осборном Рейнольдсом. В 1883 году он опубликовал результаты своих экспериментальных исследований, наглядно иллюстрирующих существование в природе двух видов движения жидкости. О. Рейнольдс выполнил свои исследования на специальном приборе, принципиальная схема которого до настоящего времени используется для демонстрации режимов движения (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Экспериментальная установка О. Рейнольдса

Движение жидкости, которому соответствовал устойчивый струйчатый характер (рис. 5.3), получило название ламинарного режима движения. Название движения произошло от латинского слова lamina – слой. Ламинарный режим соответствует относительно малым скоростям и слоистому движению жидкости. Частички жидкости не перемешиваются друг с другом и линии тока параллельны оси движения потока.

Рисунок 5.3 – Ламинарный режим течения жидкости

Ламинарным называется движение жидкости, при котором её частицы совершают упорядоченное движение, и траектории частиц мало отличаются друг от друга, так что жидкость рассматривается как совокупность отдельных слоёв, движущихся с разными скоростями, не перемешиваясь друг с другом.

Движение, при котором наблюдается беспорядочный характер движения частичек жидкости по весьма сложным траекториям (рис. 5.4), является турбулентным движением, от латинского слова turbulentus – вихревой, беспорядочный. Турбулентный режим наблюдается при больших скоростях.

Рисунок 5.4 – Турбулентный режим течения жидкости

Турбулентным называется движение, при котором частицы жидкости совершают неустановившиеся и неупорядоченные движения по достаточно сложным траекториям, в результате этого происходит интенсивное перемешивание различных слоёв жидкости.

     Турбулентное движение можно считать неустановившимся движением, так как в каждой точке скорость меняется непрерывно как по величине, так и по направлению.

Обобщив результаты своих опытов, проведенных на круглых трубах, а так же, исходя из некоторых теоретических соображений, Осборн Рейнольдс нашёл общие условия, при которых возможно существование того или иного режима и переход от одного режима к другому.

Он установил, что основными факторами, определяющими характер режима движения жидкости, являются:

- средняя скорость движения жидкости – υ, - диаметр трубопровода – d, - плотность жидкости – ρ, и ее динамическая вязкость – μ.

При этом, чем больше размеры поперечного сечения и плотность жидкости и чем меньше ее вязкость, тем легче, увеличивая скорость, осуществлять турбулентный режим.

Для определения режима движения жидкости Рейнольдс ввёл безразмерный параметр, учитывающий влияние перечисленных выше факторов, называемый числом (или критерием) Рейнольдса – Re

                                                 ,                                          (5.2)

или, учитывая, что , формулу (1) можно записать в виде:

                                                 .                                            (5.3)

Принципы существования того или иного режима движения жидкости определяется критическим значением числа Рейнольдса - Re _кр. Смена режимов движения конкретной жидкости в данной трубе происходит при определенной скорости потока соответствующей критическому числу Рейнольдса.

Среднюю по сечению с корость движения жидкости, при которой происходит смена режима движения данной жидкости в данной трубе, называется критической скоростью.

Дальнейшие эксперименты показали, что критическая скорость, при которой происходит переход от ламинарного режима к турбулентному и обратный процесс, имеет различное значение. Иными словами, процесс перехода одного режима движения в другой не является полностью обратимым: ламинарный режим переходит в турбулентный при значительно больших скоростях, чем скорости, при которых происходит обратный процесс. Соответственно различают две критических скорости – верхнюю, 𝞄 _кр.в. и нижнюю, 𝞄 _кр.н и два критических значения числа Рейнольдса – верхнее, Re _кр.в. и нижнее, Re _кр.н..

При верхней критической скорости – ламинарный режим движения переходит в турбулентный; при нижней – турбулентный режим переходит в ламинарный. В интервале значений верхней и нижней критической скорости, что соответствует интервалу критических значений Рейнольдса, образуется переходная область, где имеют место оба режима движения в зависимости от характера изменения скоростей (рис. 5.5).

Рисунок 5.5 - К понятию режимов движения жидкости

Причем оба режима в данной области неустойчивы и легко нарушаются под влиянием незначительных факторов. Наиболее неустойчивым является ламинарный режим.

Таким образом,

при       Re < Re _кр.н. – возможен только ламинарный режим,

а при    Re > Re _кр.в. – только турбулентный,

при    Re _кр.н. < Re < Re _кр.в. – наблюдается неустойчивое состояние потока (одновременное существование неустойчивых ламинарного и турбулентного режимов).

В опытах самого Рейнольдса были получены следующие значения: Re _кр.н. = 2000, Re _кр.в. = 13800.

Многочисленные эксперименты, проведенные в более позднее время, показали, что критические числа Рейнольдса не являются вполне постоянными и в действительности при известных условиях неустойчивая зона может оказаться значительно шире.

В настоящее время при расчетах принято исходить из одного критического значения числа Рейнольдса для труб круглого сечения – Re _кр = 2320. При этом движение жидкости в неустойчивой зоне исключается из рассмотрения.

Критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. То есть, для определения характера режима движения жидкости необходимо в каждом отдельном случае вычислить по формуле (5.2) или (5.3) число Рейнольдса и сопоставить результат с критическими значениями.

Потери напора по длине

Потери на трение по длине или линейные гидравлические потери – это потери энергии, которые возникают в чистом виде на прямолинейных участках потока постоянной формы и площади сечения и равномерно распределены по длине потока.

Потеря напора по длине является частью полной удельной энергии потока, которая переходит в тепло и рассеивается благодаря работе сил трения, возникающих при движении реальной (вязкой) жидкости.

v кр

Основной расчётной формулой для определения линейных потерь в круглых трубах является формула Дарси-Вейсбаха:

выраженная в единицах высоты                                (5.4)

или в единицах давления                                    (5.4')

где l – коэффициент гидравлического трения;

  l – длина трубы;

  d – внутренний диаметр трубы.

В общем случае линейные потери зависят: от геометрических параметров трубопровода:

длины по направлению движения – l

и диаметра сечения потока – d, то есть от отношения ,

а также от значения коэффициента гидравлического трения l, который в свою очередь зависит от

- режима движения жидкости, то есть числа Рейнольдса,

- и относительной шероховатости трубы  (где ∆ – эквивалентная абсолютная шероховатость стенки трубы, внутренним диаметром d).

Обратная величина, т.е. d / D, называется относительной гладкостью трубы.

Эта зависимость меняется при изменении соотношения толщины пристенного ламинарного слоя δ_л и высоты выступов (бугорков) шероховатости ∆, т.е. .

При разных режимах движения влияние этих факторов неодинаково.

При ламинарном режиме, Re <2300, коэффициент гидравлического трения l определяется по формуле Стокса:

                                                     .                                               (5.5)

Таким образом, коэффициент гидравлического трения λ при ламинарном режиме зависит только от числа Re, обратно пропорционален этому числу  и не зависит от шероховатости стенки трубы.

При турбулентном режиме различают три зоны сопротивления:

- зона гидравлически гладких труб, когда толщина пристенного ламинарного слоя δ больше выступов шероховатости Δ, т.е. выступы шероховатости полностью покрыты ламинарным слоем и, как и в ламинарном режиме, не оказывают сопротивления течению жидкости.

Эта зона имеет место при 4000 < Re < 20 d / D. Коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Блазиуса:

                                                     .                                          (5.6)

- в переходной зоне, или зоне шероховатых труб, при              20 d / D < Re < 500 d / D, толщина ламинарного пристенного слоя становится соизмеримой с высотой выступов шероховатости стенки трубы (δ» ∆) и бугорки начинают выступать в зону турбулентного ядра, образуя вихри, т.е. создавая дополнительные силы инерции потоку.

Коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Альтшуля:

                                     ,                               (5.7)

где D / d - относительная шероховатость.

При Re> 500 d/ D ламинарный слой у стенки трубы практически исчезает, и выступы шероховатости генерируют вихри - это зона вполне шероховатых труб, а поскольку потери прямо пропорциональны квадрату скорости (расхода), то эта зона называется также зоной квадратичного сопротивления.

Местные потери

Местные потери напора (давления), называются потери, обусловленные наличием местных гидравлических сопротивлений и являющиеся следствием изменения размеров и конфигурации потока, что приводит к изменению направления и (или) скорости движения жидкости, отрыву потока от стенок трубы и возникновению вихрей.

К местным гидравлическим сопротивлениям относятся различные устройства и элементы, устанавливаемые на трубопроводах, в которых происходит нарушение движения потока в результате его деформации с изменением направления и величины средней скорости и возникновением вихреобразования (рис. 5.5).

Рисунок 5. 5– Виды местных гидравлических сопротивлений в трубопроводе

а) задвижка; б) диафрагма; 3) вентиль; 4) поворот

На основании экспериментальных данных величину местных потерь напора Вейсбах предложил определять в зависимости от скоростного напора по формуле:

                                                                                              (5.9)

или

                                               .                                          (5.9')

где  - безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом

       местного сопротивления;

   - средняя скорость в живом сечении, как правило,

       непосредственно за местным сопротивлением;

  ρ – плотность жидкости.

Численное значение коэффициента местных сопротивлений зависит от: геометрических параметров, характеризующих конструкцию данного местного сопротивления; режима течения жидкости, характеризуемого числом Re.

Простейшие местные гидравлические сопротивления можно разбить на: расширение, сужение и поворот русла, каждое из которых может быть внезапным и постепенным. Более сложные случаи местных сопротивлений представляют собой соединения или комбинации перечисленных простейших сопротивлений. Так, например, при течении жидкости через вентиль поток искривляется, меняет свое направление, сужается и, наконец, расширяется до первоначальных размеров.

Внезапное расширение потока	Постепенное расширение потока (диффỳзор)
Внезапное сужение потока	Постепенное сужение потока (конфузор)
Колено	Отвод

Виды отверстий

Отверстие считается малым, если его вертикальный размер, равный разности напоров действующих по верхней и нижней кромкам, не превышает 10% от напора, действующего по оси - . В противном случае, если разность напоров по верхней и нижней кромкам отверстия превышает 10%, отверстие считается большим.

Отверстие может располагаться в тонкой или толстой стенке.

Стенка считается тонкой в том случае, если её толщина не превышает трёх размеров отверстия и/или края имеют острую кромку, что исключает влияние толщины стенки на форму и условия течение струи (рис. 6.1 а, б).

Рисунок 6.1 – Истечение жидкости через круглое отверстие

Толстой считается стенка, толщина которой . Обычно этот термин не употребляется, т.к. характер истечения меняется и становится аналогичным истечению через насадок.

На подходе жидкости к отверстию траектории движущихся частиц имеют криволинейную форму, при этом в струе возникают центробежные силы, вследствие действия которых струя сужается, достигая наименьших размеров на расстоянии равном примерно половине диаметра отверстия. Степень сжатия струи оценивается коэффициентом сжатия - ε, равным отношению площади поперечного сечения струи в месте сжатия к площади отверстия, т.е.

                                                  .                                    (6.1)

Значение коэффициента сжатия зависит от характера сжатия, которое бывает совершенным и несовершенным, а также полным и неполным.

Если отверстие находится на значительном расстоянии от направляющих стенок резервуара и последние не оказывают влияния на сжатие струи, выходящей из отверстия, то сжатие называется совершенным (рис. 6.2, а – отверстие I).

Если стенки резервуара оказывают влияние на характер истечения, то сжатие называется несовершенным (рис. 6.2, а – отверстие II).

Отверстием с полным сжатием называется такое отверстие, в котором струя испытывает сжатие со всех сторон.

Отверстием с неполным сжатием называется такое отверстие, в котором струя не имеет сжатия с одной или нескольких сторон (рис. 6.2, б).

Если направляющие стенки резервуара не совпадают ни с одной из кромок отверстия, то наблюдается так называемое полное сжатие, в противном случае наблюдается неполное сжатие.

В обычных условиях при истечение воды из больших резервуаров через малое отверстие наблюдается полное совершенное сжатие, при котором значение коэффициента сжатия струи находится в пределах .

Истечение под уровень

Истечение жидкости не в атмосферу и не в газовую среду, а в пространство, заполненное этой же жидкостью, называется истечением под уровень, или истечение через затопленное отверстие (рис. 6.6).

Рисунок 6.6 – Истечение жидкости под уровень

В этом случае вся кинетическая энергия струи теряется на вихреобразование, как при внезапном расширении.

                                         ;                        (6.11)

                                  .                   (6.12)

Таким образом, получены те же расчётные формулы, что и при истечении в воздух (газ), только расчётный напор Н в данном случае представляет собой разность гидростатических напоров по обе стороны стенки, т.е. скорость и расход не зависят от высоты расположения отверстия.

Коэффициенты сжатия и расхода при истечении под уровень можно принимать те же, что и при истечении в воздушную среду.

Классификация трубопроводов

Прежде всего, трубопроводы могут быть разделены в соответствии с назначением на:

- трубопроводы самых незначительных размеров (капилляры), используемые в лабораторной технике и контрольно-измерительной аппаратуре;

- магистральные трубопроводы протяжённостью в сотни километров и диаметром в несколько метров;

- промысловые;

- нефтебазовые;

- внутризаводские;

- городские;

- хозяйственно-питьевые;

- противопожарные и т.д.

В зависимости от вида перекачиваемого (перемещаемого) продукта (вода, нефть, глинистый раствор и др.) трубопроводы можно классифицировать на: водопроводы, нефтепроводы, бензопроводы, газопроводы и т.д.

В зависимости от материала трубопроводы могут быть: металлические (стальные, чугунные, латунные и пр.) и неметаллические (железобетонные, асбестовые, пластмассовые и др.).

От материала трубопровода зависит шероховатость внутренней поверхности трубы и, следовательно, коэффициент гидравлического трения.

В зависимости от геометрической конфигурации и способов гидравлического расчета различают простые и сложные трубопроводы.

Простым является трубопровод, состоящий из труб одинакового поперечного сечения, не имеющий ответвлений, через который подаётся некоторый постоянный расход жидкости (рисунок).

Сложным является трубопровод, представляющий собой систему, состоящую из некоторого количества простых трубопроводов, соединённых между собой способом.

В свою очередь, вследствие наличия множества схем соединения, сложные трубопроводы подразделяются на следующие основные виды:

- трубопроводы с последовательным соединением участков;

- трубопроводы с параллельным соединением участков;

- тупиковый трубопровод (простая разветвленная сеть);

- кольцевой трубопровод и т.д.

Общие потери напора в трубопроводах, как уже ранее указывалось, складываются из потерь по длине и местных. В зависимости от соотношения этих потерь различают короткие и длинные трубопроводы.

К коротким относятся трубопроводы малой длины с большим числом местных сопротивлений (в таких трубопроводах местные потери напора соизмеримы с потерями напора по длине).

К длинным относятся трубопроводы, в которых местные потери напора пренебрежительно малы по сравнению с потерями напора по длин6е (обычно первые меньше 5% вторых).

Примерами коротких трубопроводов могут служить: всасывающие трубы центробежных насосов, сифоны, маслопроводы, дюкеры и т.д. Расчёт этих трубопроводов ведут с учётом потерь напора на местных сопротивлениях.

Примерами длинных трубопроводов могут служить: водопроводы, нефтепроводы, газопроводы и т.д. расчёт потерь напора в них ведут без учёта местных потерь напора или принимают в процентном отношении от потерь по длине.

Простой трубопровод

Рассмотрим длинный трубопровод постоянного по всей длине диаметра (рисунок).

Рисунок – Схема простого длинного труб