تدفق السائل وخصائصه

وفقا لنموذج التدفق، فإن تدفق السوائل هو عبارة عن مجموعة من التدفقات الأولية. قسم التدفق محدود الأسطح النهائية، يساوي مجموع المقاطع العرضية الحية للتدفقات. يُسمى هذا المقطع العرضي المقطع العرضي المباشر لتدفق السوائل. يجب أن يكون المقطع العرضي المفتوح طبيعيًا بالنسبة لمتجهات السرعة النفاثة، أي. العادي إلى الخطوط الحالية:

. (3.15)

سيكون إجمالي معدل التدفق الحجمي للسائل لتدفق السائل ككل هو مجموع معدلات التدفق الأولية للتيارات:

. (3.16)

يمكن تمثيل تدفق السوائل كشكل حجمي، محدود، على سبيل المثال، بواسطة القطع المكافئ، الذي ستكون قاعدته منطقة المقطع العرضي المفتوحة (الشكل 3.4).

أرز. 3.4. نحو تعريف السرعة المتوسطة

حجم هذا الرقم .

لتحديد معدل التدفق، من الضروري أن يكون هناك اعتماد تحليلي لقيمة السرعة عليه الموقف النهائيالمنطقة الابتدائية من الهزيل. سرعة التدفق هي دالة للإحداثيات: . وفي هذا الصدد، يبدو من الصعب جدًا دمج معادلة التدفق (3.16).

لتبسيط عملية تحديد معدل تدفق السوائل، تم تقديم مفهوم السرعة المتوسطة. من المقبول أن تكون سرعات التيارات في جميع أنحاء المقطع العرضي المباشر للتدفق ثابتة، . وبالتالي، فإن جميع جزيئات السوائل التي تمر عبر المنطقة لها نفس السرعة .

حجم الشكل المحدود بقطع مكافئ للدوران يتوافق مع حجم الأسطوانة التي يساوي ارتفاعها السرعة المتوسطة:

(3.17)

لو القسم المباشرستكون المجاري طبيعية بالنسبة لمتجه السرعة في قسم تدفق المائع، ثم يتم تمثيل المجاري الأولية (الخطوط الانسيابية) كنظام من الخطوط المستقيمة المتوازية مع بعضها البعض، وتكون المقاطع الحية مسطحة.

تسمى حركة السائل التي يوجد فيها بعض الاختلاف في الانسياب (التيارات) والتي تتميز بزاوية صغيرة وانحناء طفيف حركة متغيرة بسلاسة.

في حالة الحركة المتغيرة بسلاسة، يمكن اعتبار الأجزاء الحية مسطحة، وطبيعية لمتجه السرعة.

في التين. يوضح الشكل 3.5 مقطعًا حيًا من أنبوب أسطواني يتحرك من خلاله تدفق الماء بسرعة متوسطة، ويكون متجهه طبيعيًا بالنسبة للمقطع العرضي.

أرز. 3.5. رأس هيدروستاتيكي في مستوى القسم الحي

يتم ربط مقاييس الضغط بالنقاط 1، 2، 3 من المقطع العرضي للأنبوب. موضع النقاط بالنسبة لمستوى المقارنة 0-0 - , و . الارتفاعات البيزومترية - لها معاني مختلفة.

مجموع الكميات التي تحدد الرأس الهيدروستاتيكي ثابت، أي.

وهكذا، لأي نقطة من القسم المباشر رأس الهيدروستاتيكيبالنسبة لمستوى المقارنة المحدد ثابت:

تسمى الحركة الثابتة، التي تكون فيها المقاطع العرضية للتدفق ومتوسط ​​السرعة فيها متماثلة حركة موحدة. تشمل أمثلة الحركة المنتظمة حركة الماء في أنبوب ذي قطر ثابت أو في قناة ذات عمق ثابت وشكل مقطع عرضي.

غير متساوتسمى الحركة الثابتة حيث يختلف المقطع العرضي ومتوسط ​​السرعة على طول التدفق. حركة الماء في أنبوب ذو قطر متغير غير متساوية.

يمكن أن تكون حركة تدفق السوائل ضغطأو التدفق الحر. في ضغطعند الحركة، يكون التدفق محدودًا بالأسطح الصلبة ويملأ السائل المقاطع العرضية بطوله بالكامل. ليس لتدفق السائل سطح حر، وتحدث الحركة بسبب اختلاف الضغط على طوله.

جاذبيةالحركة هي الحركة عندما يكون التدفق محصورًا جزئيًا بسطح صلب وله سطح حر. وفي معظم الحالات، يحد السطح الحر الغلاف الجوي. الضغط على السطح الحر في هذه الحالة سيكون مساوياً للضغط الجوي - . ومن الأمثلة على ذلك الحركة في الأنابيب ذات المقاطع العرضية غير المملوءة بشكل كامل أو التدفق في قناة أو نهر.

تدفق السائل- هذا جزء من سائل متحرك باستمرار، مقيد بجدران صلبة قابلة للتشوه أو غير قابلة للتشوه تشكل قناة التدفق. تسمى التدفقات ذات السطح الحر بالتدفقات الحرة. تسمى التدفقات التي ليس لها سطح حر بتدفقات الضغط

يتميز تدفق السوائل بمعلمات مثل منطقة المقطع العرضي المفتوحة S، وتدفق السوائل Q(G)، ومتوسط ​​السرعة v.

المقطع العرضي للتدفق المباشر- هذا مقطع متعامد عند كل نقطة مع سرعة الجسيمات لتدفق السائل.

نواقل سرعة الجسيمات لديها بعض الاختلاف في تدفق السوائل.

المقطع العرضي الحي لتدفق السوائل هو مقطع متعامد مع سرعة الجسيمات في تدفق السائل عند كل نقطة.

أرز. نواقل سرعة تدفق السوائل (أ) والمقطع العرضي للتدفق الفعال (ب)

ولذلك، فإن المقطع العرضي المباشر للتدفق هو مستوى منحني (الشكل أ، الخط الأول-الأول) بسبب التناقض الطفيف بين متجهات السرعة في الهيدروديناميكية، يؤخذ المقطع العرضي الحي على أنه مستوى يقع بشكل عمودي على سرعة المائع عند نقطة منتصف التدفق.

تدفق السائلهي كمية السائل المتدفق عبر المقطع العرضي المباشر للتدفق لكل وحدة زمنية. يمكن تحديد الاستهلاك في الكسور الجماعية G والحجمي Q.

متوسط ​​سرعة السوائلهو متوسط ​​سرعة الجسيمات في المقطع العرضي المباشر للتدفق.

إذا قمنا في مقطع عرضي حي لتدفق متحرك، على سبيل المثال، في أنبوب، ببناء ناقلات سرعة الجسيمات وربط أطراف هذه المتجهات، فسنحصل على رسم بياني للتغيرات في السرعات (مخطط السرعة).

أرز. توزيع سرعات الموائع في القسم المباشر من الأنبوب أثناء التدفق: أ - المضطرب؛ ب - الصفحي

إذا تم تقسيم مساحة هذا المخطط على قطر أنبوب معين، فسيتم الحصول على قيمة متوسط ​​سرعة حركة السوائل في قسم معين:

فكر = سي / د،
حيث Se هي مساحة مخطط السرعة المحلية؛ د - قطر الأنبوب

يتم حساب تدفق السوائل الحجمي باستخدام الصيغة:

س = سي * السيد،
حيث Q هي مساحة المقطع العرضي المباشر للتدفق.

تحدد معلمات تدفق السوائل طبيعة حركة السوائل. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون ثابتة وغير مستقرة، وموحدة وغير متساوية، ومستمرة وتجويفية، وصفحية ومضطربة.

إذا لم تتغير معلمات تدفق السوائل مع مرور الوقت، فإن حركتها تسمى ثابتة.

الزي الموحد هو حركة لا تتغير فيها معلمات التدفق على طول خط الأنابيب أو القناة. على سبيل المثال، تكون حركة السائل عبر أنبوب ذي قطر ثابت منتظمة.

المستمر هو حركة السائل الذي يتحرك فيه بتدفق مستمر يملأ كامل حجم خط الأنابيب.

يؤدي فصل التدفق عن جدران خط الأنابيب أو عن الجسم الانسيابي إلى حدوث التجويف.

التجويف هو تكوين فراغات في سائل مملوء بالغاز أو البخار أو خليط منهما.

يحدث التجويف نتيجة لانخفاض موضعي في الضغط إلى ما دون القيمة الحرجة pcr عند درجة حرارة معينة (بالنسبة للماء pcr = 101.3 كيلو باسكال عند T = 373 K أو pcr = 12.18 كيلو باسكال عند T = 323 K، وما إلى ذلك). عندما تدخل هذه الفقاعات منطقة يكون فيها الضغط أعلى من المستوى الحرج، تندفع جزيئات السائل إلى هذه الفراغات، مما يؤدي إلى زيادة حادة في الضغط ودرجة الحرارة. ولذلك فإن التجويف يؤثر سلبا على تشغيل التوربينات الهيدروليكية ومضخات السوائل وغيرها من عناصر الأجهزة الهيدروليكية.

تدفق الصفحي- هذه هي الحركة المنتظمة للسائل دون اختلاط بين الطبقات المجاورة له. في التدفق الصفحي، تكون السرعة وقوى القصور الذاتي عادة صغيرة، وتكون قوى الاحتكاك كبيرة. عندما تزيد السرعة إلى قيمة عتبة معينة، يصبح نظام التدفق الصفحي مضطربًا.

حركة مضطربة- هذا هو تدفق السائل الذي تؤدي فيه جزيئاته حركة عشوائية غير مستقرة على طول مسارات معقدة. في التدفق المضطرب، تتغير سرعة السائل وضغطه عند كل نقطة من التدفق بشكل عشوائي، ويحدث اختلاط مكثف للسائل المتحرك.

لتحديد طريقة حركة السوائل، هناك شروط يمكن من خلالها أن تكون سرعة التدفق أكبر أو اقل من ذلكالسرعة الحرجة عندما تصبح الحركة الصفحية مضطربة والعكس صحيح.

ومع ذلك، فقد تم وضع معيار أكثر عالمية، وهو ما يسمى بالمعيار أو رقم رينولدز:

إعادة = فد / الخامس،
حيث Re هو رقم رينولدز؛ v - متوسط ​​سرعة التدفق؛ د - قطر خط الأنابيب. V هي اللزوجة الحركية للسائل.

أثبتت التجارب أنه في لحظة الانتقال من الوضع الصفحي لحركة السوائل إلى الوضع المضطرب، تكون قيمة Re = 2320.

يُطلق على رقم رينولدز الذي يصبح عنده النظام الصفحي مضطربًا اسمًا حرجًا. لذلك، في إعادة< 2320 движение жидкости - ламинарное, а при Re >2320 - مضطرب. ومن هنا السرعة الحرجة لأي سائل.

دراسة خصائص السطح أو الحدود، مثل القدرة على الترطيب؛ دراسة آثار الانتشار. تحليل المواد من خلال تحديد تأثيرات سطحها وحدودها وانتشارها؛ دراسة أو تحليل الهياكل السطحية في النطاق الذري

ويتعلق الاختراع ب زراعة، وخاصة طرق دراسة جريان المياه الذائبة ومياه الأمطار التي تحدث على سطح مكون الجريان السطحي. تتمثل النتيجة الفنية للاختراع في تبسيط الطريقة وزيادة دقة تحديد المحيط المبلل للطبقة الخشنة. جوهر الاختراع: تتم محاكاة عملية تفاعل تدفق الماء مع سطح خشن عن طريق استبدال جزء العمل من الدرج المائل، المصنوع من السطح الخشن قيد الدراسة، بعينة مصنوعة بدقة مع هيدروليكيًا سطح أملس، أوجد اعتماد ارتفاع التدفق على معدل تدفق الماء لسطح أملس هيدروليكيًا. يتم استبدال عينة مصنوعة بدقة ذات سطح أملس هيدروليكيًا بجزء عمل مصنوع من السطح الخشن قيد الدراسة، ويتم العثور على اعتماد رسومي لارتفاع التدفق على معدل تدفق المياه للسطح الخشن. يتم تحديد معامل المحيط المبلل بنسبة معدلات تدفق المياه الحرجة المقابلة لرقم رينولدز الحرج عند الحدود بين أنظمة تدفق المياه الصفحية والانتقالية، على التوالي، لأسطح القنوات الخشنة والملساء هيدروليكيًا. يتم تحديد قيمة المحيط المبلل للسطح الخشن كمنتج لمعامل المحيط المبلل والمحيط المبلل لسطح أملس هيدروليكيًا. 1 طاولة، 3 مريض.

رسومات لبراءة الاختراع RF 2292034

يتعلق الاختراع بالزراعة، على وجه الخصوص، بالطرق والأجهزة لدراسة جريان الذوبان ومياه الأمطار التي تحدث على سطح مكون الجريان السطحي (على المنحدرات، في شبكة عوارض الأخدود، في القنوات المؤقتة، وما إلى ذلك)، ويمكن استخدامه في مجال الهيدرولوجيا والهندسة الهيدروليكية والري والصرف وفي البناء الصناعي والمدني والطرق.

هناك طريقة معروفة لتحديد المحيط المبلل، كعنصر من عناصر المقطع العرضي المباشر للتدفق، للقنوات المنشورية. على سبيل المثال، يحتوي القسم المباشر الدائري على محيط مبلل، يساوي الطولدائرة

حيث R هو نصف قطر المقطع المباشر الدائري.

بالنسبة للقنوات المستطيلة العادية، يتم تحديد المحيط المبلل من خلال مجموع العرض وضعف ارتفاع تدفق السائل

حيث B هو عرض القناة، h هو ارتفاع تدفق السائل المتحرك.

عيب هذه الطريقة المعروفة هو أنه بالنسبة لجميع الأقسام المحددة، تعتمد دقة تحديد المحيط المبلل على السلاسة الهيدروليكية للقناة. بالنسبة للأسطح الخشنة، يكون المحيط المبلل أكبر بكثير من محيط الأسطح الملساء. عند إجراء الحسابات الهيدروليكية، لا تؤخذ هذه الحقيقة في الاعتبار أو يتم استخدام تحديد تقريبي للمحيط المبلل لقاع النهر الخشن.

هناك أيضًا طريقة معروفة لتحديد المحيط المبلل على سطح خشن، اقترحها البروفيسور. A.A.Sabaneev، بناءً على استبدال المحيط المبلل الفعلي بخط مكسور. هنا، يتم تحديد زاوية ميله إلى الأفق لكل جزء من أجزاء الخط المتقطع

حيث h i هو ارتفاع مقاطع الخط المتقطعة؛ ب أنا هو طول الإسقاط الأفقي لكل قطعة،

بتلخيص قيم i، نحصل على تعبير للمحيط المبلل بالصيغة:

ومع ذلك، لا يمكن استبدال المحيط المبلل الفعلي بخط مكسور، لأن السطح الخشن يتكون من جزيئات صغيرة هيئة مختلفةالخطوط العريضة (الدائرة والقطع الناقص والأشكال الأخرى ذات الشكل الأكثر تعقيدًا).

الغرض من الاختراع هو تبسيط الطريقة وزيادة دقة تحديد المحيط المبلل للطبقة الخشنة.

يتم تحقيق هذا الهدف من خلال حقيقة أنه في طريقة تحديد المحيط المبلل للقناة ذات السطح الخشن، بما في ذلك نمذجة عملية تفاعل تدفق المياه مع السطح الخشن، والتي يتم من خلالها استخدام جزء العمل من الدرج المائل ، المصنوعة على شكل عينة مصنوعة بدقة مع سطح أملس هيدروليكيًا، يتم ضبطها باستخدام نظام يوفر ضغطًا ثابتًا ومعدلات تدفق المياه وقياس ارتفاع التدفق في أجزاء المدخل والمخرج من الدرج، والعثور على اعتماد رسومي لل ارتفاع التدفق على معدل تدفق المياه لسطح أملس هيدروليكيًا، واستبدال العينة المصنوعة بدقة بسطح أملس هيدروليكيًا بجزء عمل مصنوع من سطح خشن للاختبار، وضبط معدلات تدفق المياه وقياس ارتفاع التدفق في المدخل والمخرج من أجزاء الدرج، ابحث عن اعتماد رسومي لارتفاع التدفق على تدفق الماء لسطح خشن، ومن التبعيات الرسومية حدد تدفق الماء الحرج لسطح خشن وأملس هيدروليكيًا، بما يتوافق مع رقم رينولدز الحرج عند الحد الفاصل بين الصفحي وأنظمة تدفق المياه الانتقالية، معبراً عنها بالمنحنيات زيادة حادةارتفاع التدفق، حدد معامل المحيط المبلل k كنسبة لمعدلات تدفق المياه الحرجة المقابلة لعدد رينولدز الحرج عند الحدود بين أنظمة تدفق المياه الصفحية والانتقالية، على التوالي، للأسطح الخشنة والملساء هيدروليكيًا:

ح - ارتفاع تدفق المياه في جزء مخرج الدرج، م،

وتحديد قيمة المحيط المبلل لسطح خشن كمنتج لمعامل المحيط المبلل والمحيط المبلل لسطح أملس هيدروليكيًا:

حيث W هو المحيط المبلل للسطح الخشن، m؛

G هو المحيط المبلل لسطح أملس هيدروليكيًا، m.

ويبين الشكل 1 جهازا لتنفيذ الطريقة المقترحة؛ في الشكل 2 - القسم A-Aفي الشكل 1.

يتكون الجهاز من صينية مائلة 1، مثبتة على القاعدة 2 (الشكل 1)، حيث تتكون الصينية من ثلاث درج منفصل عناصر، يتكون من مدخل ومخرج 3، مصنوع من سطح أملس هيدروليكيًا (على سبيل المثال، زجاج مرآة)، و4 عامل، مصنوع من سطح خشن للاختبار، مثبت بدقة بين أجزاء الإدخال والإخراج باستخدام براغي ميكرومتر 5 موضوعة في القاعدة 2، 6 ميكرومتر مع إبر قياس 7 مثبتة في أجزاء المدخل والمخرج من الدرج على طول محورها الطولي على الجدران الجانبية (الشكل 2)، الزوايا 8 موضوعة على جوانب القاعدة بطول كامل، مما يضمن الاستقامة من الدرج 1، نظام إمداد الطاقة بالضغط المستمر 9، المثبط 10 ومشبك هوفمان 11.

يتم تنفيذ الطريقة على النحو التالي. قبل بدء التجارب، بدلاً من جزء العمل 4، يتم تثبيت عينة مصنوعة بدقة بسطح أملس هيدروليكيًا، على سبيل المثال زجاج المرآة، المقاوم للماء على طول خطوط الوصلة (غير موضحة) في الدرج 1. ثم، باستخدام نظام إمداد الضغط المستمر، يتم إنشاء تدفق المياه المحسوب مسبقًا QV

حيث Re KR 1000 هو رقم رينولدز الحرج لتدفقات التدفق الحر؛ ب - عرض الدرج، م؛ - اللزوجة الحركية للماء م 2 / ث.

يتم فتح مشبك هوفمان 11 وباستخدام ميكرومتر 6 مع إبرة قياس 7، يتم قياس ارتفاع تدفق المياه في أجزاء المدخل h in1 والمخرج h من الدرج 1. بعد ذلك، يتم زيادة تدفق المياه وإجراء التجارب وفقًا إلى الطريقة المذكورة أعلاه. من خلال تحديد معدلات التدفق، يتم تحديد ارتفاع تدفق المياه في المدخل h in1 وأجزاء المخرج h من الدرج 1. يتم تسجيل النتائج التي تم الحصول عليها في سجل المراقبة، حيث رسم بياني لارتفاع التدفق مقابل تدفق المياه h= يتم رسم f(Q).

بعد ذلك، بدلاً من زجاج المرآة، يتم تثبيت جزء العمل 4 مع السطح الخشن قيد الدراسة في الدرج 1. الوصلات بين جزء العمل 4 والصينية 1 مقاومة للماء. يتم فتح مشبك هوفمان 11 وباستخدام ميكرومتر 6 مع إبرة قياس 7، يتم قياس ارتفاع تدفق المياه في جزء المدخل من الدرج h (نتيجة للبحث وجد أنه لنفس معدلات التدفق المحددة ارتفاع التدفق h في h in1، وبالتالي لا يتم قياس h in) وارتفاع تدفق المياه في جزء المخرج h من الدرج 1.

يتم تسجيل النتائج التي تم الحصول عليها في سجل المراقبة، حيث يتم رسم رسم بياني لاعتماد ارتفاع التدفق على تدفق المياه h=f(Q). يحدد الرسم البياني معدلات تدفق المياه الحرجة، والتي تتوافق مع رقم رينولدز الحرج، عند الحدود بين أنظمة تدفق المياه الصفحية والانتقالية، معبرًا عنها في منحنيات h = f (Q) بزيادة حادة في ارتفاع التدفق، على التوالي، للخام والأسطح الملساء هيدروليكيًا.

دعونا نعبر عن رقم رينولدز الحرج لتدفقات التدفق الحر لسطح أملس هيدروليكيًا

وللسطح الخشن المدروس

عند الحدود بين الأنظمة الصفائحية والانتقالية، يكون رقم رينولدز هو نفسه تقريبًا بالنسبة لأسطح القنوات الملساء والخشنة. وهذا الأخير تؤكده العديد من الدراسات. لذلك، وفقا ل Chugaev R.R. رقم رينولدز Re لا يعتمد على السطح الخشن، وقيمة رقم رينولدز Re تتأثر بشكل كبير بالمقطع العرضي للتدفق.

بمساواة التعبيرات (1) و (2)، نحصل على أن نسبة المحيطات المبللة للأسطح الخشنة والملساء هيدروليكيًا تساوي نسبة معدلات تدفق المياه الحرجة المقابلة لعدد رينولدز الحرج عند الحد بين الوضعين الصفحي والانتقالي تدفق المياه على الأسطح الخشنة والملساء هيدروليكياً

دعونا نحدد معامل المحيط المبلل من خلال نسبة معدلات التدفق الحرجة

وقيمة المحيط المبلل لسطح خشن

حيث k هو معامل المحيط المبلل؛ W - محيط مبلل لسطح خشن، م؛ G - محيط مبلل لسطح أملس هيدروليكيًا، م؛ - تدفق المياه الحرج بوحدة م 3 / ث، الموافق لعدد رينولدز الحرج، عند الحدود بين الأوضاع الصفائحية والانتقالية لتدفق المياه على سطح خشن، ويتم تحديده من الاعتماد الرسومي الذي تم الحصول عليه نتيجة للتجربة؛ - تدفق المياه الحرج بوحدة م 3 / ثانية، الموافق لعدد رينولدز الحرج، عند الحدود بين الوضعين الصفحي والانتقالي لتدفق المياه على سطح أملس هيدروليكيًا، ويتم تحديده من الاعتماد الرسومي الذي تم الحصول عليه نتيجة للتجربة.

3. براءة اختراع الترددات اللاسلكية رقم 2021647 فئة. أ 01 ب 13/16، 1994.

مطالبة

طريقة لتحديد المحيط المبلل لقناة ذات سطح خشن، بما في ذلك نمذجة عملية تفاعل تدفق المياه مع سطح خشن، وتتميز بأنها تستخدم جزء العمل من صينية مائلة مصنوعة على شكل دقة عينة مصنوعة بسطح أملس هيدروليكيًا، تم ضبطها باستخدام ضغط نظام إمداد الطاقة الثابت، ومعدلات تدفق المياه وقياس ارتفاع التدفق في أجزاء المدخل والمخرج من الدرج، والعثور على اعتماد رسومي لارتفاع التدفق على معدل تدفق المياه سطح أملس هيدروليكيًا، واستبدل العينة المصنوعة بدقة بسطح أملس هيدروليكيًا بجزء عمل مصنوع من السطح الخشن للاختبار، واضبط معدلات تدفق المياه وقياس ارتفاع التدفق في أجزاء المدخل والمخرج من الدرج، وابحث عن اعتماد رسومي ارتفاع التدفق على تدفق الماء لسطح خشن، ومن الاعتمادات الرسومية تحديد تدفق الماء الحرج لسطح خشن

الديناميكا المائية- قسم الهيدروليكا يدرس فيه قوانين حركة الموائع وتفاعلها مع الأسطح الثابتة والمتحركة.

إذا كانت الجزيئات الفردية مطلقة صلبترتبط بشكل صارم مع بعضها البعض، ثم في وسط سائل متحرك لا توجد مثل هذه الاتصالات. تتكون حركة السوائل من حركات معقدة للغاية للجزيئات الفردية.

3.1. المفاهيم الأساسية لحركة السوائل

القسم المباشرω (م²) هي مساحة المقطع العرضي للتدفق المتعامد مع اتجاه التدفق. على سبيل المثال، المقطع العرضي المباشر للأنبوب عبارة عن دائرة (الشكل 3.1، ب)؛ الجزء الحي من الصمام عبارة عن حلقة ذات قطر داخلي متغير (الشكل 3.1، ب).

أرز. 3.1. المقاطع الحية: أ- الأنابيب، ب- الصمامات

محيط مبللχ ("تشي") - جزء من محيط قسم المعيشة، محدود بجدران صلبة (الشكل 3.2، مظلل بخط سميك).

أرز. 3.2. محيط مبلل

للأنابيب المستديرة

إذا كانت الزاوية بالراديان، أو

معدل المد و الجزر س- حجم السائل الخامسالتدفق لكل وحدة زمنية رمن خلال المقطع العرضي المباشر ω.

متوسط ​​سرعة التدفق υ - سرعة حركة السوائل، والتي تحددها نسبة تدفق السوائل سإلى منطقة المقطع العرضي المفتوحة ω

وبما أن سرعة حركة جزيئات السائل المختلفة تختلف عن بعضها البعض، فإن سرعة الحركة تكون متوسطة. ففي الأنبوب الدائري، على سبيل المثال، تكون السرعة عند محور الأنبوب هي الحد الأقصى، بينما تكون عند جدران الأنبوب صفرًا.

نصف قطر التدفق الهيدروليكي R- نسبة القسم الحي إلى المحيط المبلل

يمكن أن يكون تدفق السوائل ثابتًا أو غير مستقر. ثابتالحركة هي حركة السائل التي لا يتغير فيها الضغط والسرعة بمرور الوقت عند نقطة معينة في القناة

υ = و(س، ص، ض)

ص = φ و(س، ص، ض)

الحركة التي تتغير فيها السرعة والضغط ليس فقط من الإحداثيات المكانية، ولكن أيضًا من الزمن، تسمى حركة غير ثابتة أو غير ثابتة

υ = و 1 (س، ص، ض، ر)

ص = φ و 1 (س، ص، ض، ر)

الخط الحالي(يستخدم للحركة غير المستقرة) هو منحنى، عند كل نقطة يوجد فيها متجه السرعة هذه اللحظةيتم توجيه الوقت بشكل عرضي.

الأنبوب الحالي- سطح أنبوبي يتكون من خطوط انسيابية ذات مقطع عرضي صغير للغاية. يسمى جزء التدفق الموجود داخل الأنبوب الحالي هزيلة الابتدائية.

أرز. 3.3. تبسيط وهزيل

يمكن أن يكون تدفق السوائل ضغطًا أو غير ضغط. نادرونويويلاحظ التدفق في قنوات مغلقة دون سطح حر. لوحظ تدفق الضغط في خطوط الأنابيب ذات الضغط العالي (المنخفض). جاذبية- التدفق بسطح حر، والذي يتم ملاحظته في القنوات المفتوحة (الأنهار، القنوات المفتوحة، المزالق، إلخ). ستغطي هذه الدورة تدفق الضغط فقط.

أرز. 3.4. الأنابيب ذات القطر المتغير بتدفق مستمر

يتبع قانون حفظ المادة وثبات الاستهلاك معادلة الاستمراريةالتيارات. لنتخيل أنبوبًا ذو مقطع عرضي متغير (الشكل 3.4). يكون تدفق السائل عبر الأنبوب في أي قسم ثابتًا، أي. س 1 = س 2 = ثابت، أين

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

وبالتالي، إذا كان التدفق في الأنبوب مستمراً وغير منقطع، فإن معادلة الاستمرارية سوف تأخذ الشكل:

3.2. معادلة برنولي للسائل المثالي

3.3. معادلة برنولي للسوائل الحقيقية

التدفق، المحيط المبلل، نصف القطر الهيدروليكي، التدفق الحجمي والوزني للسائل، متوسط ​​سرعة التدفق

تنقسم جميع تدفقات السوائل إلى نوعين:

1) الضغط - بدون سطح حر؛

2) عدم الضغط - بسطح حر.

تحتوي جميع التدفقات على عناصر هيدروليكية مشتركة: خطوط التدفق، المنطقة المفتوحة، معدل التدفق، السرعة. فيما يلي مسرد مختصر لهذه المصطلحات الهيدروليكية.

سطح الحرة - هذه هي الواجهة بين السائل والغاز، حيث يكون الضغط عادة مساوياً للضغط الجوي (الشكل 7، أ). إن وجوده أو غيابه يحدد نوع التدفق: التدفق الحر أو الضغط. عادة ما يتم ملاحظة تدفقات الضغط في أنابيب المياه (الشكل 7، ب) - فهي تعمل بمقطع عرضي كامل. عدم الضغط - في أنظمة الصرف الصحي (الشكل 7، ج)، حيث لا يتم ملء الأنبوب بالكامل، يكون للتدفق سطح حر ويتحرك بالجاذبية، بسبب منحدر الأنبوب.

التبسيط هو تيار أولي من التدفق، ومساحة المقطع العرضي له صغيرة بلا حدود. يتكون التدفق من حزمة من التدفقات (الشكل 7 د).

منطقة التدفق المباشر (م2) -هذه هي مساحة المقطع العرضي للتدفق المتعامد مع خطوط الانسيابية (انظر الشكل 7 د).

معدل المد و الجزر س(أو س) هو حجم السائل الخامس، مروراً بالمقطع العرضي المباشر للتدفق لكل وحدة زمنية ر :

ف = الخامس / ر.

وحدات التدفق SI م3/ث، وفي أنظمة أخرى: م3/ساعة، م3/يوم، لتر/ثانية.

متوسط ​​سرعة التدفق v (آنسة) -هذا هو حاصل قسمة معدل التدفق على مساحة المقطع العرضي المفتوحة:

عادة ما تكون سرعات تدفق المياه في شبكات إمدادات المياه والصرف الصحي للمباني في حدود 1 آنسة.

يشير المصطلحان التاليان إلى تدفقات الجاذبية.

محيط مبلل (م) -هذا جزء من محيط القسم الحي من التدفق، حيث يتلامس السائل مع الجدران الصلبة. على سبيل المثال، في الشكل. 7 , القيمة هي طول القوس الدائري الذي يشكل الجزء السفلي من المقطع العرضي المباشر للتدفق ويكون على اتصال بجدران الأنبوب.

نصف القطر الهيدروليكي ص (م) -هذه هي علاقة النموذج المستخدمة كمعلمة تصميم في صيغ تدفقات التدفق الحر.

الموضوع 1.3: "تدفق السوائل. الحساب الهيدروليكي لخطوط الأنابيب البسيطة"

تتدفق من خلال ثقوب صغيرة في جدار رفيعتحت ضغط مستمر. التدفق بسبب الضغط غير الكامل. انتهاء الصلاحية تحت المستوى. التدفق من خلال الفوهات عند ضغط ثابت. التدفق من تحت الصمام في صينية أفقية.

تعتبر الحفرة صغيرة إذا كان ارتفاعها لا يتجاوز 0.1 ن، أين
ن– زيادة السطح الحر للسائل فوق مركز ثقل الثقب (الشكل 1).

يعتبر الجدار رقيقا إذا كان سمكه د< (1,5…3,0) د(انظر الشكل 1). إذا تم استيفاء هذا الشرط، فإن قيمة d لا تؤثر على طبيعة تدفق السائل من الثقب، حيث أن تيار السائل المتدفق لا يمس إلا الحافة الحادة للثقب.

أرز. 1. تسرب السائل من الحفرة
في جدار رقيق

نظرًا لأن جزيئات السائل تتحرك نحو الحفرة على طول مسارات منحنية لقوى القصور الذاتي، يتم ضغط التدفق المتدفق من الحفرة. بسبب عمل قوى القصور الذاتي، تستمر الطائرة في الضغط بعد الخروج من الحفرة. ويلاحظ أكبر ضغط للنفث، كما أظهرت التجارب، في المقطع c-c على مسافة حوالي (0.5...1.0) دمن حافة مدخل الحفرة (انظر الشكل 1). هذا القسم يسمى مضغوط. يتم تقدير درجة ضغط الطائرة في هذا القسم نسبة الضغطه:

,

حيث w c و w هما مساحة الجزء الحي المضغوط من النفاث ومساحة الحفرة على التوالي.

متوسط ​​السرعةالطائرات الخامسج في القسم المضغوط с-с في ر 0 = ريتم حساب at باستخدام الصيغة التي تم الحصول عليها من معادلة د. بيرنولي، التي تم تجميعها من أجلها الأقسام من الأول إلى الأولو s-s (انظر الشكل 1):

,

حيث j هو معامل سرعة الثقب.

واستنادا إلى استخدام معادلة مسار التدفق المتدفق من الحفرة، يتم الحصول على تعبير آخر للمعامل j:

في الصيغتين (3) و(4)، a هو معامل كوريوليس، z هو معامل مقاومة الثقب, × طو ذ ط- إحداثيات نقطة اختيارية لمسار النفاث، تقاس من مركز الحفرة.

نظرًا لأن الضغط يُفقد بشكل رئيسي بالقرب من الحفرة، حيث تكون السرعات عالية جدًا، عند التدفق خارج الحفرة، فقط فقدان الرأس المحلي.

تدفق السائل سمن خلال الثقب يساوي:

.

هنا m هو معامل تدفق الفتحة، والذي يأخذ في الاعتبار تأثير المقاومة الهيدروليكية والضغط النفاث على تدفق السوائل. مع الأخذ بعين الاعتبار التعبير لـ m، تأخذ الصيغة (1.25) الشكل:

يتم تحديد قيم المعاملات e، z، j، m للثقوب بشكل تجريبي. وقد وجد أنها تعتمد على شكل الثقب وعدد رينولدز. رغم ذلك، متى أعداد كبيرةرينولدز (Re ³ 10 5) المعاملات المشار إليها لا تعتمد على Re وبالنسبة للثقوب الدائرية والمربعة ذات الضغط المثالي للنفاث فهي تساوي: e = 0.62...0.64، z = 0.06، j = 0.97... 0.98 م = 0.60…0.62.

الفوهة عبارة عن أنبوب بطول 2.5 د £ لن 5 جنيهات استرلينية د(الشكل 2)، متصل بفتحة صغيرة في جدار رقيق من أجل تغيير الخصائص الهيدروليكية للتدفق الخارجي (السرعة، تدفق السوائل، مسار النفاث).

أرز. 2. التدفق من خلال متباين
والفوهات المتقاربة

تكون الفوهات أسطوانية (خارجية وداخلية)، ومخروطية (متقاربة ومتباعدة)، ومخروطية، أي محددة على شكل النفاث المتدفق من الفتحة.

يؤدي استخدام أي نوع من الفوهات إلى زيادة استهلاك السوائل سوذلك بفضل الفراغ الذي يحدث داخل الفوهة في المنطقة المضغوطة الأقسام s-s(انظر الشكل 2) والتسبب في زيادة ضغط التدفق الخارجي.

متوسط ​​سرعة تدفق السائل من الفوهة الخامسوالاستهلاك سيتم تحديدها بواسطة الصيغ التي تم الحصول عليها من معادلة د. بيرنولي، المكتوبة للأقسام 1-1 (في خزان الضغط) والداخل (عند الخروج من الفوهة، الشكل 2).

هنا - معامل سرعة الفوهة،

z n – معامل مقاومة الفوهة.

لقسم المخرج معامل vvالضغط النفاث e = 1 (تعمل الفوهة الموجودة في هذه المنطقة بمقطع عرضي كامل)، وبالتالي فإن معدل تدفق الفوهة m n = j n.

يتم حساب تدفق السائل المتدفق من الفوهة باستخدام نموذج مشابه للصيغة (7)،