Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Стационарное течение жидкости в трубе постоянного сечения
Стационарное течение жидкости в трубе постоянного сечения

Описание


Стационарное течение жидкости в трубе постоянного сечения в механике рассматривается как сплошное непрерывное распределение в занятой части пространства. 
Если в покоящуюся жидкость поместить тонкую пластинку, то части жидкости, находящиеся по разные стороны от нее, будут действовать на каждый ее элемент ∆S с силами ∆F, которые независимо от того, как пластинка ориентирована, будут равны по модулю и направлены перпендикулярно площадке ∆S, так как наличие касательных сил привело бы частицы жидкости в движение.Физическая величина, определяемая нормальной силой, действующей со стороны жидкости на единицу площади, называется давлением р жидкости:
P = ∆F/∆S.
Единица давления – паскаль (Па): 1 Па равен давлению, создаваемому силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2 (1 Па=1 Н/м2).Давление при равновесии жидкостей  подчиняется закону Паскаля: давление в любом месте покоящейся жидкости одинаково по всем направлениям, причем давление одинаково передается по всему объему, занятому покоящейся жидкостью.Вязкость (внутреннее трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.
Идеальная жидкость, т. е. жидкость без трения, является абстракцией. Всем реальным жидкостям  в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости  движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается.
Для выяснения закономерностей, которым подчиняются силы внутреннего трения, рассмотрим следующий опыт. В жидкость погружены две параллельные друг другу пластины, линейные размеры которых значительно превосходят расстояние между ними d. Нижняя пластина удерживается на месте, верхняя приводится в движение относительно нижней с некоторой скоростью v0. Опыт дает, что для перемещения верхней пластины с постоянной скоростью v0 необходимо действовать на нее с вполне определенной постоянной по величине силой F. Раз пластина не получает ускорения, значит, действие этой силы уравновешивается равной ей по величине противоположно направленной силой, которая, очевидно, есть сила трения, действующая на пластину при ее движении в жидкости. Обозначим ее Fтр.
Варьируя скорость пластины v0, площадь пластин S и расстояние между ними d, можно получить, что
                
где η — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы и состояния (например, температуры) жидкости и называемый коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом вязкости, или просто вязкостью жидкости .
При движении жидкости в круглой трубе скорость равна нулю у стенок трубы и максимальна на оси трубы. Полагая течение ламинарным, найдем закон изменения скорости с расстоянием r от оси трубы.
Выделим воображаемый цилиндрический объем жидкости радиуса r и длины l. При стационарном течении в трубе постоянного сечения скорости всех частиц жидкости остаются неизменными. Следовательно, сумма внешних сил, приложенных к любому объему жидкости, равна нулю. На основания рассматриваемого цилиндрического объема действуют силы давления, сумма которых равна
.
Эта cила действует в направлении движения жидкости. Кроме того, на боковую поверхность цилиндра действует сила трения, равная
(имеется в виду значение du/dr на расстоянии r от оси трубы). Тогда условие стационарности имеет вид:
Таким образом, при выполнении условия стационарности и условия постоянного сечения трубы можно сделать выводы:
1. Скорость течения жидкости в трубе не изменяется.
2.С увеличением расстояния от источника подачи жидкости давление уменьшается. 

 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

Виды движения жидкости в трубе постоянного сечения:
На рисунке 1а показано,как из резервуара 1  жидкость вытекала по прозрачной трубе 2 с регулирующим краном 3.Для визуализации характера течения в поток вводилась подкрашенная струйка жидкости, выходившая по тонкой трубке 4 из бачка 5.По ходу трубы 2 на расстоянии l были установлены пьезометры 6 и 7, по которым при равномерном движении потеря энергии может быть определена как разность hf соответствующих пьезометрических напоров.
На рисунке 1б построен график на котором в ходе эксперемента изменяется средняя скорость υ движения жидкости в трубе 2. Он имеет два существенно отличающихся участка.До точки 1 график hf = hf(υ) представляет собой прямую, т.е. потери энергии растут пропорционально скорости. В области более высоких скоростей влияние последних на потери энергии возрастает: прямая за точкой 1 сменяется восходящей кривой. При некотором значении скорости функция hf(υ) становится квадратичной.

Виды движения жидкости

Рис. 1

 

Реализации эффекта

На рисунке 1 изображена реализация системы водопровода, который прокладывается из труб постоянного сечения диаметром 15 и 10 мм: первые нужны для монтажа основных линий, а трубы меньшего диаметра – для подведения к различным приборам.
Система водопровода в жилом доме

Рис.1
 1 – водозаборник с фильтром; 2 – электронасос; 3 – колодец; 4 – подающая труба; 5 – газовый баллон; 6 – обратная труба системы водяного отопления; 7 – радиатор; 8 – газовая водогрейка; 9 – расширительный бачок; 10 – подпитывающая труба; 11 – газовая труба; 12 – блок управления насосом; 13 – ящик; 14 – напорная емкость; 15 – поплавок; 16 – рычаг; 17 – теплоизоляционный материал; 18 – верхняя крышка; 19 – отделение элементов управления; 20 – управляющая тяга с флажком; 21 – датчик верхнего уровня; 22 – ось качания рычага; 23 – датчик нижнего уровня; 24 – переливная труба; 25 – электромагнитный клапан; 26 – газовая колонка; 27 – труба к потребителям холодной воды; 28 – труба к потребителям горячей воды; 29 – канализационная труба; 30 – сливной колодец
Система водопровода включает в себя газовый баллон, который присоединяется к газовой колонке откуда поступает горячая вода.При этом система оснащена  электромагнитным клапаном, который  перекрывает расходную трубу из накопительной емкости. Это делается  для того, чтобы вода поступала к газовой колонке прямо от насоса: при этом достигается  максимальное давление воды, напор окажется сильнее и колонка станет более надежной. Накопительная емкость установлена над системой водопровода. Емкостью может служить любой резервуар большого объема (до 200 л).Поскольку в нем постоянно находиться вода,его изготавливают из нержавеющей стали или дюралюминия.

 

Литература

1. Абрамзон Л.С. Гидравлика. Гидростатика. Режим течения жидкостей в трубах 1978 г.

2.Дейли Д.N. Механика жидкости 1971г.

3.Мамедов А.К. О механизме одностороннего вытеснения смешивающихся жидкостей из пористой среды 1975 г.

4.Теплов А.В. Основы гидравлики 1971г.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина