Материал: УМК МЖГ стр 157-253 Модуль 8-10_МЖГ

Рассмотрим случай, когда жидкость (вода) забирается из трубопровода равномерно по его длине. Такой случай представлен на рис. 9.9. Обозначим через q расход, отдаваемый трубой на сторону с одной единицы ее длины. Очевидно, что при равномерной отдаче воды на сторону расход в трубе Q уменьшается по линейному закону. Имея это в виду, эпюру расходов воды в самой трубе можно представить трапецией: правая крайняя ордината этой эпюры выражает транзитный расход Qт; левая крайняя ордината этой эпюры выражает расход в начальном сечении трубы, этот расход равен Qт + ql .

Потерю напора для трубы, имеющий переменный по длине расход определяют по выражению:

В случае отсутствия транзитного расхода (Qт = 0) расчетный расход определяется:

При наличии транзитного расхода (Qт ¹ 0) расчетный расход находят по следующей приближенной формуле:

Qрасч » Qт + 0,55 × ql .

5. СИФОННЫЙ ТРУБОПРОВОД

Сифоном называется самотечная труба, часть которой расположена выше горизонта жидкости в сосуде, который ее питает (рис. 9.10).

Ограничимся рассмотрением истечения жидкости из сифона под уровень.

187

Если трубу, представленную на чертеже, каким-либо образом запол- нить жидкостью, то после этого начнется движение жидкости из верхнего сосуда в нижний. В том, что жидкость в такой трубе будет двигаться, можно убедится из следующего.

Наметим сечение трубы n-n и обозначим превышение его над гори- зонтом жидкости: в левом сосуде – через h' и в правом сосуде – через h''. Если предположить, что жидкость, заполняющая сифон, находится в по- кое, то можем написать:

а) давление в сечении n-n с левой стороны: p1 = pат + (−h'γ) ;

б) давление в сечении n-n с правой стороны: p2 = pат + (−h''γ) ,

где (– h') и (– h'') – соответствующие заглубления сечения n-n под горизон- том жидкости в сосудах.

Как видно, р1 > р2. отсюда понятно, что жидкость в трубе не может находиться в покое: она будет двигаться слева направо, то есть в сторону меньшего давления.

188

Рассмотрим установившееся движение жидкости в сифоне. Наметим два сечения: 1-1 и 3-3. Соединяя эти сечения уравнением Бернулли, полу- чим формулу для расхода Q в трубе в виде следующей зависимости:

Характерным для сифона является то, что в нем имеет место вакуум. Наибольшая величина вакуума будет в сечении n-n, наиболее высоко рас- положенном.

Найдем максимальную величину вакуума в сифоне. С этой целью наметим по линии n-n, где ищем вакуум, сечение 2-2 и затем соединим се- чения 1-1 и 2-2 уравнением Бернулли (плоскость сравнения проведем на уровне горизонта жидкости в левом сосуде):

189

Из формулы (9.20) видно, что hвакмак зависит от h'; если h' будет вели- ко, то и hвакмак будет велико. При больших hвакмак струя в сифоне может разо- рваться, и сифон перестанет работать. Считают, что для нормальной рабо- ты сифона величина hвакмак должна быть такой, при которой удовлетворяет- ся условие:

hвакмак < hвакдоп ,

где hвакдоп – вакуум, допустимый по условиям невозможности образования разрыва турбулентной струи.

Величину hвакдоп для воды (при нормальном атмосферном давлении) можно принять равной:

hвакдоп = 6 ÷ 7 м вод. ст.

Анализируя вопрос о разрыве струи в сифоне, надо учитывать сле- дующие обстоятельства.

1.В сифоне из жидкости должен выделяться растворенный воздух (в связи с уменьшением давления в районе сечения n-n). Этот воздух скапли- вается в виде воздушного «мешка» в верхней точке сечения n-n. Выпуск его через какой-либо клапан невозможен: при открытии клапана в районе сечения n-n атмосферный воздух будет поступать в трубу, увеличивая воз- душный «мешок». Этот «мешок» может быть удален из сифона только при помощи особого насоса.

2.При достаточно большей величине h' движение жидкости в сифоне следует представлять себе по схеме на рис. 9.11, а: наибольший объем ка-

витационных паровоздушных областей (с давлением паров рн.п) имеет ме- сто в сечении n-n. По мере движения жидкости от сечения n-n к выходу эти кавитационные области, увлекаемые потоком, закрываются и постепенно исчезают.

Увеличивая размер h' можно получить условия, когда объем паро- воздушной области увеличиться настолько, что мы получим картину, при- ближающую к схеме на рис. 9.11, б. При дальнейшем увеличении h' про- изойдет полный разрыв струи, как показано на рис. 9.11, в.

190

paтт − pн п

γ

В заключении отметим, что напорная линия 1 и пьезометрическая линия 2 в случае сифона выглядят, как показано на рис. 9.10: первая «сту- пенька» линии 1 выражает потерю напора на вход в трубу, потерю по дли- не до первого поворота трубы и потерю напора в этом повороте. Полная потеря в сифоне равна Н.

6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАЗВЕТВЛЕННОГО ТРУБОПРОВОДА

Различают следующие виды сложного трубопровода:

а) разветвленный или тупиковый; б) кольцевой.

Рассмотрим расчет разветвленного сложного трубопровода, питае- мого из бака Б, установленного на водонапорной башне (рис. 9.12). Такой трубопровод состоит из магистрали (линия 1-2-3-4) и ответвлений (ли-

ний 2-5 и 3-6).

191