Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Гидравлика

Взаимодействие потока и твердого тела

Взаимодействие между струей и твердым телом может быть двух родов: активное и реактивное.

Активное взаимодействие имеет место тогда, когда струя наталкивается на преграду (рис. 8.10)

Схема к определению давления струи на преграду

Рис. 8.10. Схема к определению давления струи на преграду

Силу активного давления струи на преграду определим, применив теорему об изменении количества движения к отсеку жидкости между сечениями Допустим, что через малый промежуток времениуказанные сечения переместятся в новое положение . Так как количество движения средней части выделенных объемов жидкости, ограниченной сечениями 1–1, 2–2, 3–3, остается без изменения, то изменение количества движения может быть найдено как разность количеств движений объемов жидкости, заключенной между сечениями

В проекции на ось х оно составит

где – массы объемов жидкости между сечениями ; – скорости движения жидкости.

Если принять и то получим

С другой стороны, по теореме об изменении количества движения

т.е. изменение количества движения в проекции на ось x равно проекции импульса силы на ту же ось. Здесь X – сила, с которой преграда действует на поток.

Очевидно, что, где Р – сила давления потока на преграду. Тогда

Выразим массу жидкости через расход:

Тогда

Реактивное взаимодействие имеет место также в случае вытекания струи из какого-нибудь отверстия. При этом на стенку сосуда действует сила реакции R, которая стремится переместить сосуд в сторону, противоположную движению струи (рис. 8.11).

Схема к определению силы реакции струи

Рис. 8.11. Схема к определению силы реакции струи

По теореме об изменении количества движения получим аналогично предыдущему

где X – сила, действующая на поток. Или

где R – сила, действующая на стенку.

Так как

то

Водосливы. Классификация

Водосливами называются преграды в потоке со свободной поверхностью, через которые происходит перелив жидкости (рис. 8.12). При этом участок потока, находящийся по течению выше водослива, называется верхним бьефом, а ниже – нижним бьефом (см. рис. 8.12, б).

Водосливы

Рис. 8.12. Водосливы

Характерными параметрами водослива являются ширина b напор H; толщина гребня (толщина порога); скорость потока; высота порогов со стороны верхнего и нижнего бьефов и .

В основу классификации водосливов положена форма порога, т.е. профиль водослива (рис. 8.13). По этому признаку водосливы бывают с острым порогом (тонкой стенкой) при δ < 0,67H; с широким порогом при δ > (2÷3)H; практического профиля криволинейного очертания; практического профиля прямолинейного очертания при 0,677/<δ<(2÷3)H; практического профиля цилиндрического типа; практического профиля из мягкой синтетической ткани, заполняемой водой или воздухом.

Типы водосливов

Рис. 8.13. Типы водосливов:

а – с острым порогом; б – с широким порогом; в – практического криволинейного профиля; г – практического прямолинейного профиля; д – цилиндрического типа; е – из синтетической ткани

Водосливы каждой из отмеченных выше групп подразделяются по следующим признакам.

  • 1. По расположению (очертанию) порога в плане (рис. 8.14). По этому признаку водосливы бывают прямые; косые, ломаные и криволинейные.
  • 2. По типу сопряжения струи с нижним бьефом (рис. 8.15): затопленные (уровень жидкости в нижнем бьефе выше порога); незатопленные (уровень жидкости в нижнем бьефе ниже порога).

Классификация водосливов по очертанию порога

Рис. 8.14. Классификация водосливов по очертанию порога:

а – прямой; б – косой; в – ломаный; г – криволинейный

Классификация водосливов но тину сопряжения струи с нижним бьефом

Рис. 8.15. Классификация водосливов но тину сопряжения струи с нижним бьефом:

а – затопленный; б – незатопленный

3. По условиям подхода потока к водосливу (рис. 8.16): водосливы без бокового сжатия (ширина водослива равна ширине канала); с боковым сжатием (ширина водослива меньше ширины канала).

Классификация водосливов по условиям подхода потока к водосливу

Рис. 8.16. Классификация водосливов по условиям подхода потока к водосливу:

а – без бокового сжатия; б – с боковым сжатием

4. По форме выреза (форме отверстия водослива) (рис. 8.17): прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, криволинейные и др.

Классификация водосливов по форме выреза

Рис. 8.17. Классификация водосливов по форме выреза:

а – прямоугольный; 6 – трапецеидальный; в – треугольный; г – криволинейный

Гидравлический расчет водосливов

Истечение жидкости через водослив можно рассматривать как частный случай истечения через большое отверстие, у которого верхняя сторона отсутствует.

Расход жидкости при истечении из большого отверстия определяется но формуле (8.2). Если принять , а (напор водослива), то пределы интегрирования при выводе этой формулы с учетом скорости подхода будут (нижний предел) и (верхний предел).

Формула (8.2) в данном случае примет вид [16]

(8.6)

где b – ширина порога водослива; H – напор над порогом.

Пренебрегая вторым членом в квадратной скобке (ввиду его относительной малости) и вводя коэффициент Кориолиса , учитывающий неравномерность распределения скорости по сечению потока, запишем формулу (8.6) как

,

где – коэффициент расхода водослива, определяемый опытным путем и зависящий от напора водослива H и высоты порога Р.

Для различного вида незатопленных водосливов этот коэффициент имеет следующие средние значения: водослив с острой кромкой (тонкой стенкой) – т = 0,42; с широким порогом – т = 0,32 ÷ 0,37; водослив практического профиля плавного очертания – т= 0,45 и неплавного – т = 0,4.

Расход жидкости в прямоугольном, трапецеидальном и треугольном водосливах определяется соответственно по формулам

где b – ширина трапецеидального водослива в нижней его части.

При для трапецеидального водослива коэффициент расхода принимает постоянное, не зависящее от напора Я значение т = 0,42. Формула для расхода в этом случае приводится к виду

Для других типов водосливов коэффициент расхода определяется по формулам, в которых учитывается его зависимость от формы порога, наличия бокового сжатия (см. рис. 8.16, б), характера сопряжения струи с нижним барьером и прочих особенностей конкретного водослива.

Приведенные выше формулы справедливы для истечения через водосливы с большими числами Рейнольдса. При малых их значениях (что характерно, например, для жидкостей с повышенной вязкостью) коэффициент расхода т оказывается еще зависимым и от числа Рейнольдса.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы